Дипломная работа: Розробка двохсмугової активної акустичної системи з сабвуфером

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет "Львівська політехніка"

ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ, РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
ТА ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до дипломного проекту на тему:

"РОЗРОБКА ДВОСМУГОВОЇ АКТИВНОЇ АКУСТИЧНОЇ СИСТЕМИ З

САБВУФЕРОМ"

Студент групи АРТ-6 МАТІЇВ ТАРАС СЕРГІЙОВИЧ

Керівник проекту Якубенко В. М.

Консультанти Якубенко В. М.

Батючок Р. М.

Батлук В.А.

Завідувач кафедри _____________ Грицьків З.Д.

" ___ " ________200_ р.

Національний університет "Львівська політехніка"

Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки

Кафедра радіоелектронних пристроїв та систем

Спеціальність 7.090703 “Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення”

”

"ЗАТВЕРДЖУЮ"

Зав. кафедри________ Грицьків З.Д.

"____"__________ 200_ р.

(число) (місяць)

ЗАВДАННЯ

на дипломний проект студентові

МАТВІЇВУ ТАРАСОВІ СЕРГІЙОВИЧУ

1. Тема проекту “РОЗРОБКА ДВОСМУГОВОЇ АКТИВНОЇ АКУСТИЧНОЇ СИСТЕМИ З САБВУФЕРОМ"

затверджена наказом по університету № _______.від "___ "______ 200_ р.

2. Термін здачі студентом закінченого проекту "____"_______200_ p.

(число) (місяць)

3. Вихідні дані до проекту: Вихідна паспорна потужність АС 50 Вт; вихідна паспортна потужність сабвуфера 25 Вт; діапазон відтворюваних частот сабвуфера 20...200Гц; (регулювання частоти зрізу в межах 100...200Гц); вихідна потужність двосмугової системи 25Вт; відтворюваний діапазон частот 20Гц...20кГц; частота розділу двосмугової системи 1кГц; середній час роботи пристрою до відмови > 2500 год.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити) Техніко-економічне обгрунтування доцільності розробки АС. Розроблення та опис структурної схеми АС. Розроблення та електричний розрахунок частотних фільтрів, підсилювача сигналів гучномовців,корпусів та блоку живлення приладу. Розроблення та опис конструкції АС. Визначення середнього часу роботи пристрою до відказу.

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов'язкових креслень)

1. (ф. А1).

2. Схема електрична (ф. А1)

3. Схема електрична (ф. А1).

4. Складальне креслення (ф. А2).

6. Консультанти з проекту із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються

		Підпис, дата
Розділ	Консультант	Завдання видав	Завдання прийняв
Технічний	Якубенко В. М.
Економічний	Батючок Р. М.
Техніки безпеки та охорони праці	Батлук В. А.

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ п/п	Назва етапів дипломного проекту	Термін виконання проекту	При-мітка
1.	Огляд літератури та розроблення структурної схеми АС.	01.03.-15.03.200_р.
2.	Вибір методу фільтрації та підсилення звукових сигналів та розроблення структурної схеми.	16.03 .-31. 03 .200_ p.
3.	Розроблення та електричний розрахунок підсилювачів сигналів , гучномовців та фільтрів.	01. 04.- 10.04.200_ p.
4.	Дослідження фільтруючих ланок.	11.04.-18.04.200_р.
5.	Виконання економічного розділу	19.04.-26.04.200_ p.
6.	Виконання розділу з охорони праці та техніки безпеки	27.04.-30.04.200_ p.
7.	Виконання графічного матеріалу	01.05.-15.05.200_p.
8.	Оформления пояснювальної записки	16.05.-30.05.200_p.

Вступ

Розробка активної акустичної системи з сабвуфером на даний час є доволі актуальною темою. Вимоги до якості звучання музичних творів та різноманітних звукових ефектів, які використовуються у фільмах та комп’ютерних іграх, зростають. Мало кого задовільняють підсилювачі звуку минулого покоління. Підсилення звуку в таких приладах в основному виконувалось на кількох транзисторних каскадах. Велика маса елементів, через яку проходить звуковий сигнал, за своєю природою вносить певний рівень шумів та своєрідні амплітудно-частотні спотворення. І це вже не кажучи про неможливість відтворення дуже низьких та дуже високих частот, які просто губляться при проходженні підсилювального тракту.

Вирішення даної задачі полягає в наступному. Звуковий сигнал необхідно розділити на діапазони і здійснювати підсилення незалежно між правим та лівим каналом та діапазонами із застосуванням аналогових мікросхем. Які, хоч і мають більшу вартість в порівнянні з транзисторами, мають перевагу в відмінній якості, чистоті звучання та малих габаритних розмірах. Для якісного відтворення найнижчих частот доцільно застосовувати сабвуфер (від англ. subwoofer), так званий підсилювач низьких частот.

Зазвичай використовують 2-5 основних колонок і один сабвуфер. Тільки один сабвуфер використовується тому, що вуха людини майже не сприймають напрямку на джерело низькочастотних хвиль, оскільки довжина хвилі є набагато більша за відстань між вухами і різниця фаз між правим та лівим вухом є мінімальною і нею можна знехтувати. Тому звукові сигнали з правого та лівого каналів можна звести в один та віддати його сабвуферу.

Як приклад, можна згадати недавньо відкритий у Львові так званий “цифровий кінотеатр”. Звичайний кінотеатр із звичайним кінопроектором, який застосовувався минулому, щоправда зроблено якісний ремонт і стоять зручні крісла. Так за що така велика платня за перегляд фільму? А вся суть у звуці. Завдяки вмілій розстановці певної кількості гучномовців певної почерговості включення їх відбувається повнота відтворення звуку. Якщо на екрані показують, як справа наближається машина, то і на слух по звуку відчутно наближення машини з правої сторони. А ще дана акустична система не може обійтись без сабвуферів, адже неможливо на звичайних гучномовцях відтворити із віповідною якістю шум машин, гул двигунів літаків та іншої техніки. Завдяки цьому всьому з’являється так званий ефект «присутності».

Проетований підсилювач призначений для використання в домашніх умовах при відтворенні звуку із звичайного магнітофону або комп’ютера. Завдяки використанню сабвуфера можна отримати найбільшу якість і повноту відтвореного звуку.

У теперішній час уже відійшли на задній план аудіопрогравачі, які відтворюють звук із магнітної плівки. Чим раз більше у квартирах появляються персональні комп’ютери, які відтворюють звук із набагато вищою якістю. А також перевагою персональної комп’ютерної системи є велика кількість музичних творів, які можна зберігати в пам’яті. Також високої якості звучання вимагають ігри та фільми, які можна проглядати із компакт-диску. В основному комп’ютерні ігри полягають у швидкій їзді на автомобілі, “перестрілках”, різноманітних взривах, які супроводжуються спеціальними звуковими ефектами. І тільки якісна акустична стерео система, яка розділена на кілька смуг, із сабвуфером може ефективно і об’ємно відтворити звук.

1. Вибір та обґрунтування функціональної схеми акустичної системи

Сучасні побутові акустичні системи, які призначені для високоякісного відтворення звуку є ,як правило, багатосмуговими. Вони складаються з декількох вузькосмугових гучномовців, наприклад: низькочастотного, середньочастотного та високочастотного. Кожен з цих гучномовців відтворює смугу частот звукового сигналу, відведену для нього. Це пов’язано з тим, що застосування одного широкосмугового гучномовця не дозволяє отримати високу якість відтворення звуку у всьому діапазоні частот.

При побудові багатосмугових АС весь діапазон звукової частоти розбивають на ділянки піддіапазонів ( рис.1.1.)

Рис. 1.1. Амплітудно-частотні характеристики передавальної функції каналів багатосмугової акустичної системи

Зокрема в системі вищої категорії (hi-fi) використовують три або чотири піддіапазони. Масові побутові АС будують, як правило, одно або двосмуговими.

Розділення всього звукового діапазону частот на піддіапазони здійснюється за допомогою пасивних або активних розділових фільтрів. В зв’язку з цим розрізняють пасивні та активні акустичні системи.

В пасивних акустичних системах використовують пасивні LC-фільтри, які ставлять на виході підсилювача потужності перед гучномовцями (рис. 2)

Для побудови активних акустичних систем використовують активні розділову RC-фільтри. В такій системі розділення звуку по частотних каналах здійснюється перед підсиленням звукового сигналу по потужності, тобто активні розділові фільтри вмикають перед підсилювачами потужності ( рис.1.3.) В зв’язку з цим для кожного виділеного піддіапазону частот необхідний свій підсилювач потужності

В порівнянні з пасивними активні фільтри характеризуються відсутністю втрат потужності звукового сигналу, малогабаритні, високодобротні, характеризуються низькими шумами та лінійними спотвореннями, дозволяють регулювати рівень АЧХ в усьому піддіапазоні та ширину піддіапазону. В зв’язку з цим активні АС знайшли сьогодні широке застосування.

Недоліком багатосмугових АС є те, що внаслідок неідеальності розділових фільтрів на частотах розділу каналів випромінення звуку здійснюється одночасно двома сусідніми гучномовцями (наприклад в смузі навколо fp1 ( рис. 1.1.) одночасно здійснюють випромінення звуку ГНЧ та ГСЧ ). При невдалих співвідношеннях між амплітудами та фазами звуку, сформованими фільтрами і випроміненими гучномовцями на АЧХ звукового тиску АС на частотах розділення сигналів можуть виникнути піки або провали, які істотно погіршать якість звуку. Для усунення цих недоліків бажано, щоб на частотах розділу фази сусідніх каналів були однаковими.

Однак, нерівномірність АЧХ при відтворенні звуку з допомогою АС можуть виникати за рахунок приміщення (відбиття від стін, стелі, підлоги, предметів що є в приміщенні). При цьому їх не завжди вдається усунути навіть з допомогою еквалайзерів. Цей факт говорить про те, що спроектована з мінімальними спотвореннями АС в іншому приміщенні може мати сильні акустичні спотворення і, як правило, в смузі низьких частот. Тому високоякісні АС потрібно проектувати під конкретне приміщення. Але це є незручним при проектуванні побутової радіоапаратури масового вжитку. Тому виникла необхідність розробки системи, яку можна було б без значних зусиль відрегулювати за мінімумом спотворень в області низьких частот під конкретне приміщення.

Такі акустичні системи називаються адаптивними.

Для високоякісного відтворення звуку проектуватимемо двосмугову акустичну систему з окремим підсилювачем низьких частот – сабвуфером.

Згідно із завданням паспортна потужність АС становить 50 Вт і половина її припадає на сабвуфер, а інша половина на двосмугову АС. Розподіл потужностей в двосмуговій активній АС проводиться наступним чином. В залежності від частоти розділу (fр = 1 кГц) із графіка (рис. 1.4) [1] визначаємо, скільки відсотків потужності повинно припадати на низькочастотний та високочастотний підсилювачі: РНЧ = 71 %, РВЧ = 29 %. Виражаючи дане співвідношення у ватах отримаємо РНЧ = 17,75 Вт, РВЧ = 7,25 Вт. Враховуючи те, що сигнал відтворюється в режимі “стерео”, тобто маємо правий та лівий канал, отримані значення потужностей необхідно розділити на 2.

Отримаємо наступні дані 2хРНЧ = 8,875 ≈ 9 Вт та 2хРВЧ = 3,625 ≈ 4 Вт.

Для формування смуг використаємо активні RC-фільтри верхніх та нижніх частот з частотою розділу 1 кГц. Така схема забезпечує ідеальне фазове і амплітудне узгодження на границі між низькочастотним та високочастотним каналами. На входах фільтруючих ланок поставимо регулятори гучності для регулювання АЧХ та регулятори балансу між правим та лівим каналами для випадку, коли рівень сигналу у правому та лівому каналі буде не збалансований.

Для формування сигналу для сабвуфера просумуємо сигнали з правого та лівого каналів. Застосуємо потенціометр для регулювання рівня АЧХ на вході НЧ системи. Для відділення НЧ сигналу використаємо активний RC-фільтр з регульованою частотою зрізу в межах 100-200 Гц. Оскільки активні фільтри спотворюють фазу сигналу, то перед підсилювачем потужності поставимо регулятор фази, так званий фазовий компенсатор.

Побудуємо функціональну схему двосмугової акутичної системи з сабвуфером, яка б забезпечувала гладку АЧХ на частотах розділу 1 кГц і регулювала частоту зрізу у сабвуфері (рис. 1.5).

2. Розрахунок фільтрів

2.1. Вибір фільтруючих ланок

Фільтр – це схема, розрахована на пропускання сигналів в певній смузі частот і подавлення сигналів за межами цієї смуги. Ланки фільтрації можуть бути пасивними та активними. До складу пасивних фільтрів входять лише резистори, котушки індуктивності та конденсатори. Активні фільтри включають в себе транзистори чи операційні підсилювачі.

Переваги активних фільтрів в порівнянні з пасивними:

в них використовуються лише R і С елементи, тобто компоненти, властивості яких ближчі до ідеальних в порівнянні з властивостями котушок індуктивності;

вони відносно дешеві;

можуть забезпечувати підсилення в смузі пропускання ( на відміну від пасивних) і тому рідко вносять суттєві втрати;

використання в активних фільтрах ОП забезпечує розв’язку входу від виходу (тому активні фільтри легко робити багатокаскадними і тим самим покращувати їх показники);

активні фільтри відносно легко настроювати;

фільтри для дуже низьких частот можуть бути побудовані на компонентах з відносно малими розмірами;

активні фільтри малі за розмірами та масою.

Недоліки:

необхідне одно або два джерела живлення;

робочий діапазон частот обмежений зверху максимальною робочою частотою ОП. Це приводить до того, що активні фільтри працюють на частотах, що не перевищують декілька МГц.

Найчастіше як фільтри активних акустичних систем використовуються активні RС-фільтри Батерворта, які мають гладку амплітудно-частотну характеристику (АЧХ).

Важливим моментом є вибір порядку фільтра, адже необхідно забезпечити максимально-гладку АЧХ у всьому відтворюваному діапазоні частот. Потрібно врахувати, що в даному випадку ФВЧ та ФНЧ працюють ніби в парі, тому обидва фільтри мають мати точно однакову частоту зрізу.

При виборі порядку фільтра зважимо на те, що чим вищий порядок фільтра, тим більшою є крутизна спаду амплітудної характеристики за межою частоти зрізу. Проте збільшується кількість елементів, які необхідні для забезпечення відповідної крутизни АЧХ. І тому виникають труднощі, пов’язані із настроюванням фільтра на частоту зрізу.

Оптимальним варіантом є фільтри Батерворта другого порядку з крутістю характеристики 40 дБ/декаду (12 дБ/октаву).

Розділові фільтри всепропускаючого типу являють собою поліномальні фільтри з передавальною функцією:

Н(S)=1/Gn(S), (2.1.1)

де Gn(S) – поліном n-го порядку.

Такий спосіб формування поліномів Gn(S) дозволяє отримати амплітудно-частотну характеристику суми передавальних функцій пари фільтрів нижних та верхніх частот порядків n = 1, 3, 5, 7, ... постійну у всьому діапазоні звукових частот, тобто:

mod [HНЧ(S) + HВЧ(S)] = const. (2.1.2)

Для інших порядків, зокрема для n = 2, 4, 6, співвідношення виконується лише тоді, коли передавальна функція фільтра верхніх частот матиме знак мінус. В реальних умовах це забеспечується протифазним вмиканням гучномовців низькочастотного та високочастотного каналів.

2.2. Розрахунок фільтра нижніх частот

На рис. 2.2.1 показана схема RC фільтра Батерварта нижніх частот другого порядку.

Вона дає спад 40дБ/дек., тобто при збільшенні частоти f від частоти зрізу до 10fзр амплітуда сигналу зменшується в 100 разів.

Операційний підсилювач в даній схемі включений так, що на постійному струмі він має одиничне підсилення. Резитор R3 у зворотньому зв’язку забезпечує компенсацію зсуву на нульовій частоті.

Коефіціент передачі такого фільтра можна записати так:

. (2.2.1)

Передавальна функція

H(S)=1/Gn(S), (2.2.2)

де Gn(S) – поліном n-го порядку.

Скориставшись таблицею 1 і 2 [1] передавальну характеристику фільтра другого порядку можна записати так:

H(S)=1/(S+1)2=1/(S2+2S+1), (2.2.3)

де S – нормований оператор Лапласа по частоті зрізу ωзр для НЧ фільтра.

S = Р/ωзр . (2.2.4)

Підставимо S у формулу (2.2.2)

. (2.2.5)

Враховуючи те, що Кu(P) = H(P), можна прирівняти вирази (2.2.1) та (2.2.5) і отримаємо рівняння:

. (2.2.6)

Приймаємо рівними R1=R2=R. З формули випливає, що:

С1=С2=С=. (2.2.7)

Зазвичай значення R приймається в межах від 10 кОм до 100 кОм.

Приймаємо R=10 кОм, тоді за формулою (2.2.7) розрахуємо значення ємності С. Де ωзр=2fзр, fзр =1 кГц – частота розділу, задана в технічному завданні

С = 1/(2·π·1·103·10·103) = 1,59·10-8 = 15,9 нФ.

Значення ємності відповідно до стандарту приймаємо рівною 15 нФ.

Опір зворотнього зв’язку рекомендується приймати рівним:

R3 = R, (2.2.8)

R3 = 2·10·103 = 20 кОм.

Щоб задовільнити критерії, які ставляться перед фільтрами Батерварта, АЧХ повинна бути на рівні 0,707 на частоті зрізу fзр = 1 кГц та на рівні 0 дБ в межах смуги пропускання.

Провівши аналіз розрахованої схеми із застосуванням комп’ютерної програми Microcap 5.0 отримаємо такі результати:

При практичній реалізації даної схеми, елементи ФНЧ необхідно брати вищого класу точності з розкидом параметрів не більше 1 %.

У ролі ємностей С1 та С2 доцільно використати елементи К10-17-1б-Н50-0,015 мкФ ОЖО.460.172.ТУ;

R1, R2: C2-23-0,125-10 кОм ±1 % А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ;

R3: C2-23-0,125-20 кОм ±1 % А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

Ємність С3 – частотна корекція операційного підсилювача. Виробником рекомендується приймати рівною 30 нФ. Візьмемо елемент типу К73-17-63 В - 0,03 мкФ ОЖО.461.104.ТУ.

2.3. Розрахунок фільтра верхніх частот

На рис. 2.3.1 показана схема RC фільтра Батерворта верхніх частот другого порядку.

Дана схема виконує обернену функцію ніж схема, описана в розділі 2.2. Тому розрахунок схеми є аналогічним, але із врахуванням окремих моментів.

Коефіціент передачі фільтра, зображеного на рис. 2.3.1, виражається через формулу

. (2.3.1)

Скориставшись фільтром прототипом [1] передавальну функцію запишемо так

, (2.3.2)

S – оператор Лапласа по частоті зрізу ωзр для ВЧ-фільтра запишеться так:

S = ωзр/р. (2.3.3)

Підставивши вираз (2.3.3) у формулу (2.3.2) отримаємо:

. (2.3.4)

Прирівнявши вирази К(р) і Н(р) отримаємо наступні рівняння:

. (2.3.5)

Приймемо рівними R1=R2=R=10 кОм. Тоді із рівняння (1.3.5) випливає:

С1=С2=С=, (2.3.6)

де = 2πfзр, fзр=1 кГц – задана частота розділу.

Розрахуємо

нФ.

Ємність С приймаємо стандартний номінал 15 нФ.

Для мінімізації по постійному струму опір зворотнього зв’язку приймемо в двічі більшим R:

R3 = 2R = 20 кОм.

Приведемо результати аналізу розрахованої схеми

Для практичної реалізації фільтра необхідно застосувати наступні типи елементів:

С1, С2 К10-17-1б-Н50-0,015 мкФ ОЖО.460.172.ТУ;

R1, R2: C2-23-0,125-10 кОм ±1 % А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ;

R3: C2-23-0,125-20 кОм ±1 % А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

С3 К73-17-63 В - 0,03 мкФ ОЖО.461.104.ТУ.

2.4. Розрахунок фільтра низьких частот з регульованою частотою зрізу

Для сабвуфера використаємо фільтр нижніх частот Батерворта другого порядку, який зображений на рис. 2.1 Задача полягає в тому, щоб даний фільтр мав не фіксовану частоту зрізу, а регульовану в певних межах. Вирішити це питання можна наступним чином. Враховуючи те, що частоту зрізу у фільтрі нижніх частот Батерворта задає RC-ланка, яка стоїть на вході операційного підсилювача. Отже, щоб була можливість змінювати частоту зрізу, необхідно зробити змінними R або С елемент. Оскільки змінювати ємність складно технологічно, дорого і мала надійність роботи, тому вибираємо варіант із зміною опору резистора. Така схема матиме наступний вигляд (рис. 2.4.1):

Резистори R1 та R4 необхідні для того, щоб можна було задати мінімальну частоту зрізу, коли змінний резистор буде в крайньому положенні.

Згідно з технічним завданням частота зрізу даного фільтра повинна регулюватись в межах від 100 до 200 Гц.

Проведемо методику розрахунку, описану в розділі 2, із врахуванням наведених вище вимог.

Розрахунок ємності С проведемо за формулою (2.2.3):

С = 1/(2πfзрR).

Задаємось номіналом опору R2 = R3 = R = 10 кОм. Оскільки частота у нас регульована, тому для початку візьмемо середнє значення

С = 1/ (2π·150·10·103) = 100 нФ.

Виберемо номінал ємності С рівним 75 нФ.

Маючи фіксоване значення С за формулою

R = 1/(2πfзрC) (2.4.1)

прослідкуємо, в яких межах повинен змінюватись номінал резистора для забезпечення частоти зрізу від 100 до 200 Гц.

R(fзр=100 Гц) = 1/(2π·100·68·10-9) = 15915 Ом,

R(fзр=200 Гц) = 1/(2π·200·68·10-9) = 10610 Ом.

За результатами розрахунків проведемо вибір номіналів резисторів:

R1 = R4= 10 кОм,

R2 = R3= 6,8 кОм.

Оскільки опір зворотнього зв’язку R5 рекомендується приймати в два рази більшим за R, а він складається із двох резисторів: постійного номіналом 10 кОм і змінного – 6,8 кОм, то візьмемо в два рази більший від середнього значення: R5 = 22 кОм.

Провівши комп’ютерний аналіз отримаємо наступні графіки:

Оскільки частота зрізу даного фільтра є регульованою і не має чіткого фіксованого значення, то доцільним є застосування елементів із меншою точністю, собівартість яких є нижчою за високоточні.

Застосуємо наступні типи елементів:

R1, R4 C2-23-0,125-10кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.107.ТУ,

R5C2-23-0,125-22кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.107.ТУ,

R2, R3 CП3-9а-16-68кОм±10% ОЖО.468.112.ТУ,

С1,С2 К73-17-63В-0,1мкФ±10% ОЖО.461.104.ТУ,

С3 К73-17-63В-0,03мкФ±10% ОЖО.461.104.ТУ.

2.5 Розрахунок фазоповертача

Роль фазоінвертора або регулятора фазової затримки використовується у сабвуфері з метою зменшення фазочастотних спотворень, які можуть виникати в ланках звуковідтворювального тракту, узгодження фазочастотних характеристик сабвуфера і основних каналів акустичної системи та для компенсації недоліків фонограм. Як регулятор фазової затримки, використаємо всепропускаючу ланку 1-го порядку , схема якої приведена на рис. 2.5.1.

Коефіціент перетворення напруги такої ланки, який виводиться на підставі схеми ланки при умові, що підсилення операційного підсилювача КUОП = ∞, описується таким математичним виразом:

(2.5.1)

Приймемо R1=R2=R. Вибираємо R1=R2=10кОм.

Тоді або . (2.5.2)

Модуль (2.5.3)

Аргумент . (2.5.4)

На підставі формули для φКU бачимо, що змінюючи, наприклад R3, можна змінювати (регулювати) значення фази. Отже, замінивши резистор R3 на потенціонометр, отримаємо регулятор фази (регулятор фазової затримки). Для розрахунку граничних значень опору R3 задамося тим, що на частоті зрізу сабвуфера фаза регулятора повинна змінюватися в межах від 100 до 900. Частота зрізу сабвуфера змінюється від 100 до 200 Гц. Вибираємо fзр = 150 Гц. З вищезаписаного виразу для φКU визначаємо R3:

. (2.5.5)

Для розрахунку граничних значень R3 вибираємо С=0,1 мкФ.

Розраховуємо R3

а) при φКU = 100

б) при φКU = 900

Отже, опір R3 повинен змінюватися від 121338 Ом до 10616 Ом.

Для цього складемо ланку з постійного опору R3/ = 10 кОм та потенціонометра R3// = 100 кОм. Схема регулятора фази прийме вигляд (рис. 2.5.2):

Результати моделювання регулятора фази з допомогою системи схемотехнічного проектування MicroCap VI (рис. 2.5.3).

2.6. Вибір операційного підсилювача

В якості операційних підсилювачів, які застосовуються в фільтрах, виберемо LM301A [3]. LM301A – операційний підсилювач загального призначення, який має покращені в порівнянні з іншими загальнодоступними підсилювачами, характеристики. Сучасні методи виробництва дозволили на порядок зменшити вхідні струми, а нова схема подачі зміщення забезпечила зменшення температурного дрейфу вхідного струму.

Даний підсилювач має ряд особливостей, які дозволяють уникати від помилок, від перевантаження, при перевищенні синфазною напругою відсутнє “защолкування”, ОП не входить в самозбудження, а частотна корекція здійснюється всього одним конденсатором 30 пФ.

В схемах з високим вхідним опором LM301A забезпечує більш високу точність обробки сигналів і менший рівень шумів в порівнянні з іншими. Крім того, замінюючи схеми, в яких на вхід звичайного ОП ставиться буферний каскад з узгодженої пари транзисторів 2П308А може забезпечити більш низькі значення зсуву і дрейфу при меншій вартості.

Граничні експлуатаційні та електричні параметри:

Напруга живлення ±15 В;

Розсіювана потужність 500 мВт;

Диференціальна вхідна напруга ±30 В;

Вхідна напруга ±18 В;

Тривалість к.з. виходу не обмежена;

Діапазон робочих температур від 0 до 700С;

Вхідна напруга зсуву 2 мВ;

Вхідний струм зсуву 3 мА;

Вхідний опір 2 Мом;

Струм споживання 1,8 мА.

3. Характеристика інтегральних підсилювачів

Підсилювачі потужності, які іноді мають назву кінцевих підсилювачів, призначені для збільшення потужності звукових сигналів до такого рівня, щоб вони могли збуджувати електроакустичні перетворювачі – гучномовці, головні телефони та ін. Принцип роботи підсилювачі потужності полягає в тому, що вони перетворюють підведену до них від джерела живлення потужність постійного струму в змінний струм, причому форма сигналу на виході підслювача повністю повторює сигнал на вході. Підсилювач потужності повинні характеризуватись невеликими коефіціентами спотворень і високим ККД (відношення потужностей змінного струму на виході і постійного струму, підведеного від джерела живлення).

Сучасний ринок пропонує цілий набір інтегральних підсилювачів різних класів якості, спеціально призначених для касетних переносних магнітофонів, автомобільної радіоапаратури, телевізійних приймачів, проміжних аудіопідсилювачів. Потужність інтегральних підсилювачів зазвичай не перевищує 25 Вт. І тільки провідні фірми виробники, такі як Philips, SGS-Thomson, Motorola, Mitsubishi-Electric можуть запропонувати монолітні інтегральні підсилювачі потужністю до 70 Вт.

Інтегральні підсилювачі дуже компактні, не потребують зовнішніх детелей, часто мають систему захисту від коротких замикань і перевантажень по струму навантаження, термозахист і т.п., що забезпечує безвідмовну роботу при експлуатації.

3.1. Вибір і розрахунок підсилювача для сабвуфера

Вибір інтегрального підсилювача проведемо на основі даних, заданих в технічному завданні:

амплітуда вхідного сигналу 1 В;

вихідна потужність сабвуфера 25 Вт.

Візьмемо мікросхему TDA2050V фірми виробника SGS-Thomson. Експлуатаційні та електричні параметри такого інтегрального підсилювача наступні:

вихідна потужність, Рвих = 25 Вт;

опір навантаження, Rн = 4 Ом;

коефіціент підсилення Ку = 80 дБ;

коефіціент гармонік Кг = 0,5 %;

напруга живлення Uж = ±25 В;

допустиме відхилення напруги живлення Uд = ±2,5 В;

мінімальний споживаний струм І = 55 мА;

нижня гранична робоча частота fн = 20 Гц;

верхня гранична робоча частота fв = 20 кГц;

корпус ТО220 (5 виводів).

Схема включення запропонована фірмою виробником наведена на рис. 3.1.1.

Конденсатор С1 – роздільчий конденсатор. А ланка R1C1 відіграє роль диференціюючої ланки, яка застосовується для того, щоб вихідна напруга із цієї ланки була пропорційна швидкості зміни вхідного сигналу. При скачку напруги на вході зміна напруги на конденсаторі рівна 0 і опір R1 являє собою навантаження зі сторони входу мікросхеми. Елемент R1 вибирається не дуже малим, щоб сильно не навантажувати вхід. Фірма виробник дані елементи пропонує прийняти рівними С1 = 1 мкФ, R1 = 22 кОм. Візьмемо наступні типи елементів: К53-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037.ТУ та С2-23-0,125-22кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

Конденсатори С2 та С4 відіграють роль згладжуючих конденсаторів від різних високочастотних викидів по напрузі живлення. Вони вибираються в межах від 1 нФ до 100 нФ. Приймемо рівними 10 нФ і при практичній реалізації застосуємо тип К73-17-63В-0,01мкФ±10% ОЖО.461.104.ТУ.

Ланка R2=680 Ом, С3=22мкФ, R3=22кОм, включена у зворотній зв’язок мікросхеми, задає необхідний коефіціент підсилення. Конденсатор візьмемо типу К53-4-63В-22мкФ ОЖО.647.037.ТУ, а резистори С2-23-0,125-22кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ та С2-23-0,125-680 Ом±5% А-В-В-А ОЖО.467.104.ТУ.

Діоди VD1 та VD2 – захисні діоди. Більшість конденсаторів мають достатньо невеликий опір, на якому при замиканні виникає піковий імпульс струму величиною до 20 А і при включенні діодів цей імпульс струму проходить не через мікросхему, а через них. Хоча мікросхема має захист від пікових імпульсів струму, така схема включення збільшує надійність роботи підсилювача. У ролі захисних діодів візьмемо елементи типу 1N4001.

Ємність С6 – роздільнча ємність по постійному струму, береться великою, оскільки вихідна потужність, яка заводиться на гучномовець, складає 25 Вт, а нижня робоча частота 20 Гц. В даному випадку ємність С6 можна взяти номіналом 2200 мкФ типу К53-4-35В-2200мкФ ОЖО.467.037.ТУ.

Ланка R4, С5 – ланка Бушеро, відіграє роль узгоджувальної ланки підсилювача з гучномовцем.

Повний електричний опір гучномовця [1], як відомо, сладається з суми електричного опору звукової котушки ZK(jω) та вносимого опору ZRH(jω), який визначається параметрами механічної та магнітної системи гучномовця, опором випромінювання, типом та параметрами акустичного оформлення гучномовця, тобто:

ZГМ(jω) = ZK(jω) + ZRH(jω). (3.1.1)

Вносимий опір ZRH(jω) матиме незначний вплив, якщо повна добротність гучномовця є малою. Для гучномовця ARN-150-02/4 Q=0,24. Тобто в нашому випадку опір гучномовця визначається комплексним опором звукової котушки:

ZГМ(jω) = ZK(jω) = RK + jωLК, (3.1.2)

де RK – резистивний опір звукової котушки;

LК – індуктивність звукової котушки.

Для вибраного типу гучномовця RK = 3,5 Ом, LК = 1 мГн.

В нашому випадку розрахунок ланки Бушеро [1] можна здійснити наступним чином:

R4 = RK = 3,5 Ом. (3.1.3)

Візьмемо потужний резистор С5-37-5Вт-3,9Ом ОЖО.467.540 ТУ.

Ємність С5 можна розрахувати за формулою

С5 = LК/RK2, (3.1.4)

С5 = 10-3/(3,5)2 = 8,1·10-5 мкФ

Візьмемо конденсатор типу МБГО-2-35-100мкФ ОЖО.462.023 ТУ.

3.2. Вибір і розрахунок низькочастотного підсилювача двосмугової АС

Необхідно забезпечити вихідну потужність 8 Вт на канал. Для цього виберемо підсилювач низьких частот мікросхему TDA1010A фірми виробника PHILIPS.

Експлуатаційні та електричні характеристики:

максимальна напруга живлення Umax = 24 В;

типова напруга живлення Uтип = 15 В;

нормальний робочий режим при зміні напруги живлення від 6 до 24 В;

вихідна потужність Рвих = 9 Вт;

опір навантаження RН = 4 Ом;

мінімальний споживаний струм Імін = 31 мА;

робоча частота f = 20 … 20000 Гц;

вхідний опір Rвх = 20 кОм;

коефіціент підсилення К = 54 дБ;

коефіціент шуму Кш = 2 мкВ;

корпус SiL9MP.

Схема включення наведена на рис. 3.2.1.

С1 – роздільчий конденсатор візьмемо типу К52-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатори С2 та С3 відіграють роль згладжуючих конденсаторів від різних високочастотних викидів по напрузі живлення. Вони вибираються в межах від 1 нФ до 100 нФ, приймемо рівними 10 нФ, при практичній реалізації застосуємо тип К73-17-63В-0,08мкФ±10% ОЖО.461.104 ТУ.

Мікросхема TDA1010А у своєму корпусі містить попередній та вихідний підсилювачі. Резистор R1 обмежує подачу струму на попередній підсилювач. Рекомендовано взяти номінал резистора 150 кОм. Візьмемо тип С5-23-0,125-150кОм А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ.

Конденсатори С4 та С5 служать ланкою для внутрішньої настройки та частотної корекції між попереднім та вихідним підсилювачами. Для оптичмальної роботи мікросхеми фірма виробник пропонує номінали цих елементів прийняти наступними С4 = 0,1 мкФ, С5 = 1000 мкФ. Візьмемо такі типи елементів К-73-17-63В-0,1мкФ±10% ОЖО 461.104 ТУ та К53-4-16-1000мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Конденсатор С6, включений у зворотній зв’язок, візьмемо типу К53-4-16-100мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Ємність С8 – роздільний конденсатор по постійному струму, потрібно взяти достатньо великою, оскільки вихідна потужність складає 9 Вт, а нижня робоча частота 20 Гц. В даному випадку ємність С8 можна взяти номіналом 1000 мкФ типу К53-4-25-1000мкФ±20% ОЖО 467.037 ТУ.

Ланка R2C7 – ланка Бушера, відіграє роль узгоджувальної ланки підсилювача з гучномовцем. Розрахунок ланки Бушера проведемо за методикою, описаною в розділі 3.2.

Для вибраного типу гучномовця 20ГДН-2 опір звуковох котушки RК = 3,5 Ом, індуктивність звукової котушки LК = 0,5 мГн.

R2 = RК = 3,5 Ом.

Візьмемо резистор С5-37-5Вт-3,9 Ом ОЖО.467.5430 ТУ.

Розрахуємо ємність

С7 = LК/RК2 = 0,1·10-3/3,52 = 4,08·10-5 Ф = 40 мкФ.

Візьмемо конденсатор типу МБГО-2-35-47мкФ ОЖО.462.023 ТУ.

3.3. Вибір і розрахунок високочастотного підсилювача двосмугової АС

Для підсилення високочастотних звукових сигналів застосуємо мікросхему TDA 1904 фірми виробника PHILIPS. Її експлуатаційні та електричні параметри наведені нижче:

номінальна напруга живлення U = 15 В;

допустиме відхилення напруги живлення ΔU = 4 В;

вихідна потужність Рвих = 4 Вт;

опір навантаження RН = 4 Ом;

мінімальний споживаний струм Імін = 10 мА;

робоча частота f = 30 … 20000 Гц;

вхідний опір Rвх = 150 кОм;

коефіціент підсилення К = 40 дБ;

коефіціент гармонік КГ = 0,1 %;

коефіціент шумів КШ = 3 мкВ;

корпус DIP16.

С1 – розділюючий конденсатор, візьмемо типу К53-4-16-1мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатор С3 – згладжує високочастотні завади у напрузі живлення. Приймемо рівним 10 нФ і використаємо тип К73-17-63В-0,01мкФм±10% ОЖО.461.104 ТУ.

Ланка R1, R2, C2 включена у зворотній зв’язок мікросхеми. Для забезпечення потрібного коефіціента підсилення фірма виробник пропонує номінали цих елементів прийняти наступними: R1 = 10 кОм, R2 = 100 Ом, С2 = 2,2 мкФ. Застосуємо такі типи елементів: С2-23-0,125-10 кОм±5% ОЖО.467.104 ТУ, С2-23-0,125-100 ±5% ОЖО.467.104 ТУ, К53-4-16-2,2мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Конденсатор С6 – роздільчий по постійному струму. Номінал ємності С6 приймаємо ріною 1000 мкФ типу К53-4-25В-2200мкФ±20% ОЖО.467.037 ТУ.

Враховуючи, що індуктивність звукової котушки високочастотного гучномовця незначна і в робочому діапазоні частот на електричний опір гучномовця практично не впливає, то потреба в узгоджувальній ланці для високочастотного каналу відпадає.

3.4. Вибір і розрахунок регуляторів гучності

Враховуючи той факт, що вхідний звуковий сигнал є незмінним і рівний 1 Вт згідно з ТЗ, а підсилювачі міають постійний коефіціент підсилення, то на вході акустичної системи потрібно ставити регулятори гучності. Оскільки дана акустична система фактично поділяється на дві окремі системи, то необхідно зробити регульовані входи, як у сабвуфері так і в двосмуговій активній системі.

Враховуючи різні нюанси відтворення та запису звуку, вхідний сигнал може бути не збалансований по правому та лівому каналу. Виходячи із попередніх міркувань, в даному випадку доцільним є застосування мікросхеми, яка б виконувала всі ці функції.

Візьмемо мікросхему М 51523L фірми виробника MITSUBISHI ELECTRIC. Схема включення зображена на рис. 3.4.1.

Електричні характеристики М51523L:

напруга живлення UЖ = 6 ... 18 В;

опір навантаження RН = 10 кОм;

коефіціент шуму КШ = 12 мкВ;

коефіціент гармонік КГ = 0,2 %;

регулювання гучності в межах –50 ... 0 дБ.

Конденсатори С1, С2, С6, С7 – роздільні конденсатори по постійному струму вибираються в межах 1...10 мкФ. Виробник пропонує застосовувати дані конденсатори номіналом 1 мкФ. Візьмемо електролітичні полярні конденсатори К53-4-10-1 ОЖО.467.037 ТУ.

С3 – згладжуючий конденсатор по живленню. Щоб не було пульсацій по напрузі живлення, завод виробник пропонує поставити ємність у 100 мкФ. Візьмемо полярний електролітичний конденсатор К53-4-25-100 ОЖО.467.037 ТУ.

Для забезпечення необхідної внутрішньої корекції заводом виробником пропонується приймати рівними конденсатори С4 = 100 мкФ, С5 = 68 мкф. Візьмемо полярні електролітичні конденсатори К53-4-25-100 та К53-4-25-68 ОЖО.67.037 ТУ.

Резистори R1 та R2 необхідні для балансу між каналами та регулювання гучності. В даному випадку змінні резистори повинні мати лінійну характеристику. Щоб мікросхема оптичмально виконувала свої функції, дані резистори потрібно взяти із номіналами 10 кОм. Застосуємо резистори СП3-9а-16-10кОм±20%.

На сабвуфер звук заходить із правого та лівого каналів, який для початку необхідно просумувати, а потім регулювати.

Застосуємо наступну схему (рис. 3.4.2).

Коефіціент передачі такого регулятора складає

Кu = -z2/z1. (3.4.1)

Враховуючи, що максимальний коефіціент передачі рівний 1, ланки z1 та z2 повинні бути рівні. Номінали резисторів вибираються в межах від 4,7 до 100 кОм. Для забезпечення оптимальної лінійної регуляції звуку приймаємо R1 = R2 = R3 = 47 кОм, причому резистор R3 є змінним. Застосуємо резистори С2-23-0,125-47кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ. Враховуючи властивості слуху людини, змінний резистор застосуємо із логарифмічною характеристикою СП5-1Б-47кОм ОЖО.468.505 ТУ.

Резистор R4 включений у зворотній зв’язок для того, щоб при R3 = 0 не було короткого замикання виходу на землю. Резистор R4 візьмемо С2-23-0,125-1кОм±5% А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ.

Конденсатор С1 – роздільний конденсатор. Застосуємо конденсатор полярний електролітичний К52-4-10-1 ОЖО.467.037 ТУ.

В якості ОП застосуємо LM301A.

4. Вибір гучномовців та розрахунок корпусів

4.1. Основні елементи конструкції

Корпус АС являється основним конструктивним елементом, формуючи її електроакустичні характеристики в області низьких частот за рахунок регулювання навантаження на тильну поверхню дифузора і використання чи подавлення випромінювання цієї поверхні. Він здійснює суттєвий вплив на електроакустичні параметри АС як в області низьких частот (таких як АЧХ, ФЧХ, характеристика напрямленості , коефіціент нелінійних спотворень), так і в області середніх і високих частот за рахунок коливань стінок корпусу і його внутрішнього об’єму, а також за рахунок впливу форми корпусу на характер дифракційних ефектів.

Найбільш поширеними типами корпусів в сучасних АС є закритий корпус та корпус з фазоінвертором (рис. 5.1.1).

Закритий корпус служить для подавлення випромінювання тильної поверхні дифузора гучномовця. Корпус фазоінверторного типу відрізняється наявністю в ньому отвору, що збільшує рівень звукового тиску у визначеній області низьких частот завдяки випромінюванню тильної поверхні дифузора.

Традиційно в більшості АС застосовують прямокутні корпуса.

Випромінювачі, які використовуються в більшості АС, являють собою електромагнітні головки гучномовців. В ряді АС застосовуються також електростатичні, ізодинамічні та ін.

При виборі типу гучномовця ставляться наступні вимоги:

ефективний робочий діапазон частот гучномовця повинен повністю охоплювати той діапазон частот, у якому відтворює звук підсилювач;

нерівномірність частотної характеристики звукового тиску повинна бути найменшою;

рівень характеристичної чутливості у всіх гучномовців АС повинен бути близьким одни до одного;

повний коефіціент гармонічних спотворень повинен бути найменшим;

номінальний електричний опір гучномовця повинен відповідати опору навантаження підсилювача;

паспортна потужність гучномовця має бути в 1,5...2 рази більшою ніж максимальна вихідна потужність підсилювача.

4.2. Розрахунок конструкції сабвуфера

Виходячи із умов ТЗ та попередніх розрахунків гучномовець для сабвуфера вибираємо виробництва чеської фірми Acoustics TVM типу ARN-150-02/4.

Технічні характеристики:

1. Амплітудно частотна характеристика звукового тиску представлена на рис. 4.2.1.

2. Паспортна потужність 50 Вт.

3. Максимальна короткочасна потужність 100 Вт.

4. Електричний опір 4 Ом.

5. Резонансна частота 45 Гц.

6. Робочий діапазон частот 45...5000 Гц.

7. Рівень чутливості 85 дБ.

8. Еквівалентний об’єм 16 л.

9. Повна добротність 0,24.

10. Габаритні розміри ш 150Ч65,5 мм.

11. Маса 0,8 кг.

Перед початком розрахунку корпусу перевіримо умову встановлення труби фазоінвертора:

f0/Q > 100, (4.2.1)

f0/Q = 45/0,24 = 0,87.

Звідси бачимо, що даний гучномовець просто природжений працювати у корпусі з фазоінвертором.

Така акустична система в цілому складається так ніби з двох резонансних систем – рухомої системи гучномовця і оформлення з отвором. При правильно вибраному відношенні резонансних частот цих систем відтворення низьких частот значно покращиться в порівнянні з закритими та відкритими акустичними системами з таким же об’ємом оформлення. Це пояснюється тим, що на частотах вище резонансної частоти фазоінвертора швидкість коливань частот в отворі зсунута по фазі від швидкості коливань задньої сторони дифузора рухомої системи.

Для правильного вибору відношення параметрів фазоінвертора скористаємось методикою описаною в [4].

На рис. 4.2.2 приведені криві відношення резонансної частоти фазоінвертора fB до резонансної частоти гучномовця f0, крива добротності гучномовця на резонансній частоті Q і крива відношення частоти fЗ, на якій получається спад до низьких частот частотної характеристики в 3 дБ, до резонансної частоти гучномовця f0. Всі ці величини далі в залежності від величини відношення V0/V еквівалентного об’єму гучномовця до об’єму оформлення.

Встановлюємо перпендикуляр із точки на осі ординат (зліва) Q = 0,24, цій точці відповідає абсциса V0/V = 1,2. Звідси об’єм оформлення:

V = V0/1,2 = 1,6/1,2 = 13 л.

По кривих fЗ/f0 і fВ/f0 аналогічно відраховуємо (по правій шкалі ординат) fЗ/f0 = 0,90 і fВ/f0 = 0,95. Таким чином спад частотної характеристики на 3 дБ буде на частоті:

fЗ = 0,9f0 = 41 Гц.

Резонансна частота фазоінвертора буде рівною

fВ = 0,95f0 = 43 Гц.

Максимальне значення діаметру трубки обмежується тим, що визначена по формулі її довжина має бути не більшою 1/12 довжини хвилі на резонансній частоті. Крім того, трубка своїм другим кільцем не повинна впиратись в стінку, протилежну тій на якій вона закріплена. Цей кінець повинен бути на відстані від стінки не менше ніж на 4 см. Трубку конструктивно можна виконати із картону.

Розміри трубки визначаємо із формули:

, (4.2.2)

де d – діаметр трубки;

l – довжина трубки;

с = 343 – пружність повітря в середині об’єму.

Як видно із формули, діаметр трубки і її довжина можуть знаходитись в різних співвідношеннях, задовільняючи при цьому формулу.

Для цього спочатку обчислимо

.

Задаємось діаметром трубки 0,05 м ( 5 см).

Тоді її довжина буде

l = (356·d2 – 3,4·d)/4 = (356·64·10-4 - 3,4·8·10-2)/4 = 0,18 м.

Габаритні розміри акустичного оформлення визначаються із співвідношення:

aхbхc = 2х21/2·1. (4.2.3)

Виходячи із формули

V = a·b·c (4.2.4)

можна записати:

0,013 = 2х·21/2х·х,

звідси визначаємо х = 0,166, тоді

а = 2·0,166 ≈ 0,33 м,

b = 21/2·0,166 ≈ 0,24 м,

c = 0,17 м.

Отримуємо габаритні розміри конструкції сабвуфера: 0,33Ч0,24Ч0,17.

4.3. Розрахунок конструкції двосмугової акустичної системи

Дана двосмугова акустична система складається із пари “колонок”, тобто правого та лівого каналу. Оскільки вони ідентичні між собою, то достатньо розглянути лише один варіант розрахунку.

Виходячи із ТЗ та попередніх розрахунків в ролі низькочастотного гучномовця вибираємо 20ГДН-2 вітчизняного виробництва.

Технічні характеристики:

1. АЧХ (рис. 4.3.1).

2. Ефективний робочий діапазон частот 80...3150 Гц.

3. Нерівномірність частотної характеристики звукового тиску не більше 18 дБ.

4. Рівень характеристичної чутливості не менше 81 дБ.

5. Робоча потужність 15 Вт.

6. Повний коефіціент гармонійних спотворень на частотах:

200 Гц – 5 дБ;

400...1000 Гц – 4 дБ;

2000 Гц – 2,5 дБ.

7. Номінальний електричний опір 2,5 Ом.

8. Гранична шумова (паспортна) потужність 20 Вт.

9. Гранична довгочасна потужність 30 Вт.

10. Гранична короткочасна потужність 45 Вт.

11. Частота основного резонансу 50 Гц.

12. Габаритні розміри ш 125Ч70,7 мм.

13. Маса 1,2 кг.

В ролі високочастотного вибираємо гучномовець чеської фірми Acoustics TVM типу ARZ 6604.

Технічні характеристики:

1. АЧХ (рис. 4.3.2).

2. Паспортна потужність 8 Вт.

3. Максимальна короткочасна потужність 25 Вт.

4. Електричний опір 4 Ом.

5. Резонансна частота 55...90 Гц.

6. Робочий діапазон частот 60...20000 Гц.

7. Рівень чутливості 89 дБ.

8. Еквівалентний об’єм 12 л.

9. Повна добротність 1,15.

10. Габаритні розміри ш 200Ч80 мм.

11. Маса 0,84 кг.

При розрахунку корпусу двосмугової акустичної системи ми не враховуємо високочастотний гучномовець, оскільки він закритий спеціальним ковпаком із внутрішньої сторони: не вноситиме ніяких спотворень на АЧХ низькочастотного гучномовця.

Перевіримо чи доцільно встановлювати трубу фазоінвертора із використанням вибраного гучномовця:

f0/Q > 100, (4.3.1)

f0/Q = 50/0,5 = 100

Як бачимо, дана акустична система може працювати, як і з фазоінвертором, так і без нього. Для спрощення конструкції корпусу застосуємо закритий корпус.

Мінімально допустимий об’єм оформлення [4] визначається із формули:

, (4.3.2)

де Q1 – добротність акустичної системи,

Q – повна добротність гучномовця,

V0 – еквівалентний об’єм гучномовця.

Добротність акустичної системи не рекомендується вибирати більшою Q=1, тому що рухома система виходить “роздемпфованою”. Це означає, що при її збудженні, тобто, при подачі на неї напруги музичної або розмовної програми, вона, крім того, щоб коливатись тільки в такт з цією напругою, буде коливатись із частотою власних коливань, близьких до резонансної частоти. Для слухача це буде проявлятись в тому, що до звучання музики буде замішуватись звучання цієї частоти як свого роду “гудіння”. Таким чином, будуть мати місце своєрідні спотворення, які носять назву перехідних. Ці спотворення практично майже не чути, коли добротність не перевищує одиниці.

.

Розрахуємо резонансну частоту системи при об’ємі V = 20 л,

, (4.3.3)

де f0 = 50 Гц – резонансна частота гучномовця.

Гц.

Як бачимо, із рис. 4.3.3 спад частотної характеристики на цій частоті є мінімальний і рівний 2 дБ.

Визначимо величину стандартного звукового тиску даної акустичної системи:

, (4.3.4)

Па.

Розрахунок габаритних розмірів акустичної системи проведемо за методикою, описаною в розділі 4.2:

aхbхc = 2х21/2·1.

V = х·21/2х·х = 0,02.

визначаємо х = 0,19 м, тоді

а = 2·0,19 =0,38 м,

b = 21/2·0,19 = 0,27 м,

c = 0,19 м.

Отримуємо габаритні розміри двосмугової акустичної системи: 0,38Ч0,27Ч0,19.

Двосмугова акустична система є двоканальною (правий і лівий канал). Оскільки у правому і лівому каналі використовуються одинакові гучномовці, то даний розрахунок є ідентичним, як для корпусу лівого каналу, так і для корпусу правого каналу.

5. Блок живлення

Найважливішим моментом у роботі всіх електронних схем є живлення.

Для роботи операційних підсилювачів типу LM301A необхідно двополярне стабілізоване живлення ±15 В.

Для мікросхеми TDA 2050V, яка виконує роль підсилювача у сабвуфері, необхідно живлення +25 В.

Для оптимальної роботи решти мікросхем, застовованих у проекті, достатнім буде живлення ±15 В.

Оскільки ОП споживають мало струму, а ПНЧ багато, то необхідно зробити розділене живлення. Крім того, фірми-виробники не ставлять вимог до стабілізованої напруги живлення мікросхем, які виконують роль підсилювачів низьких частот. Враховуючи наведені вище факти, доцільним є застосування блоку живлення показаного на рис. 5.1.

Трансформатор намотаний на тороїдальному магнітопроводі ОЛ64/100-64. Первинна обмотка містить 520 витків дроту діаметром 0,8 мм. Вторинна намотка з виводами 3–5 містить по 48 витків на секцію дротом 1,8 мм. Намотка 6-8 – по 30 витків на секцію дротом 1,8 мм. Намотка 9-11 – по 40 витків на секцію дротом 1,8 мм.

Схема, зібрана на елементах С1, R1, L1, C2, відіграє роль фільтра від різних завад у зовнішню мережу живлення, які можуть виникати в середині схеми проектованої акустичної системи.

Типи елементів наступні:

С1, C2 К73-17-630 В – 0,047 мкФ ±10% ОЖО.461.104 ТУ,

R1 C2-23-0,5-200 кОм ±5% ОЖО.467.104 ТУ.

Дросель L1 – ізольований мережевий провід 2Ч0,5 мм2 намотаний на феритове кільце К45 з НМ2000 до повного намотування внутрішнього діаметру, що являє порядку 25 витків. Індуктивність такого дроселя близько 100 мкГн.

Запобіжник F1 розрахований на максимальний струм 2А призначений для захисту схеми при виході з ладу випрямляючих діодів. Запобіжник типу ВП1-1 ОЖО.480.003 ТУ.

VD1 та VD2 – сильнострумовий місток (8А, 100В) типу КВРС0801.

VD3-VD5 – діоди типу 1N4001, розраховані на струм 1А та напругу 50В.

Двохполярний стабілізатор напруги RC4195NB забезпечує стабілізовану напругу живлення ±15В при споживаному струмі до 100 мА.

Конденсатори С3-С10 – згладжуючі конденсатори, щоб не було пульсацій по живленню. Ємності С3, С4 застосуємо типу К53-4-35В-4700 мкФ ОЖО.467.037 ТУ; С5, С6 - К53-4-25В-4700 мкФ ОЖО.467.037 ТУ; С7, С8 - К53-4-25В-470 мкФ ОЖО.467.037 ТУ; С9, С10 - К53-4-25В-10 мкФ ОЖО.467.037 ТУ.

6. Конструкторсько-технологічний розділ

6.1. Рекомендації та вимоги до конструювання проектованого пристрою

Двосмугова активна акустична система з сабвуфером розробляється і конструюється з врахуванням вимог уніфікації для забезпечення серійного виробництва з максимальною механізацією і автоматизацією виробничого процесу.

При конструюванні АС поряд з вимогами зручності експлуатації, виготовлення і ремонту ставилась вимога конструктивної спільності його складових частин.

Конструктивно АС виконується в трьох дерев’яних корпусах прямокутної форми. В середнині одного із инх розміщені плата з елементами та гучномовці типу 20ГДН-2 та ARZ6604. У наступному корпусі лише названі вище гучномовці, у корпусі сабвуфера розміщено низькочастотний потужний гучномовець ARN-150-02/4 і виведена труба фазоінвертора. На передній панелі корпусу, в якому знаходиться плата з елементами, встановлюють вимикач АС і регулятори «гучність» та «баланс» для двосмугової АС та регулятори «гучність» і «тембр» для сабвуфера.

Підсилювачі звуку АС виконані на платі з фольгованого текстоліта. Вигляд цієї плати з розташуванням компонентів подано на кресленні, що додається.

Для монтажу плати використано наступні деталі: електролітичні конденсатори типу К53-4, розраховані на номінальну напругу 25 та 35 В; керамічні конденсатори типу К10-17б температурної групи Н50; плівкові конденсатори типу К73-17, розраховані на номінальну напругу від 63 до 630 В; резистори типу С2-23 з допустимим відхиленням ±5 % та ±1 %, розраховані на номінальну потужність розсіювання 0,125 Вт і змінні резистори типу СП3-9а з лінійною характеристикою зміни опору; операційні підсилювачі типу LM301A; підсилювачі низької частоти TDA2050V, TDA1010A, TDA1904; регулятор гучності і балансу виконаний у вигляді мікросхеми типу M51532L; двохполярний стабілізатор напруги типу RC4195 NB розрахований на вихідну стабілізовану напругу ±15 В; гучномовці типу 20ГДН-2, ARZ6604, ARN-150-02/4.

Розташування радіоелементів на платах стандартне. Мік­росхеми встановлюють згідно ОСТ4.010.030-81. Інші електрорадіоелементи, за ви­нятком конденсаторів-фільт­рів в колах живлення, розташо­вуються довільно.

Монтаж електрорадіоелементів проводиться згідно ОСТ4.010.030-81. варіанту IIа. Конден­сатори встановлюються по варіанту Iа, резистори - по варі­анту IIа.

Всі електрорадіоелементи, які входять до складу блоків, паяються припоєм ПОС-61 згідно з ГОСТ 21931-76. Маркування на платі виконується фарбою МКЕ чорною згідно У10СТ4Г0.054.205:

а) конструктивні адреси мікросхем виконуються шрифтом 4-Пр.3 ГОСТ 26.008-85;

б) решта необхідних написів та знаків - шрифтом 2,5 Пр.3.

Після проведення необхідних робіт по контролю функціонування і наладці, плати з електрорадіоелементи покриваються лаком УР 231У1.4 ТУ6-21-14-90.

Для зручності проведення складальних і ремонтних робіт в середині макета всі з'єднання між платою та передньою панелю проводяться за допомогою навісних про­відників. Провідники укладаються в жгут.

Описана конструкція полегшує виготовлення радіостанції за рахунок високого відсотку стандартних конструктивних елементів, а також подальше його обслуговування в процесі експлуатації і повністю відповідає вимогам техніки без­пеки щодо приладів даної категорії.

6.2. Рекомендації та вимоги до виготовлення корпусів акустичної системи

В будь-якому акустичному оформленні перш за все потрібно уникати будь-яких шілин або отворів (за винятком труби фазоінвертора). Особливо вони небезпечні на передній панелі, оскільки в такому випадку буде мати місце акустичне “коротке замикання” і оформлення практично не працює, що приводить до різного погіршення відтворення низьких частот. Тому гучномовці потрібно встановлювати з ущільнювачем у вигляді мікропористої або губчастої гуми. Цим забезпечується і інша мета – зниження рівня вібрацій передньої панелі при роботі гучномовця.

Гучномовці потрібно прикріпити до оформлення за допомогою шурупів. Необхідно слідкувати, щоб гучномовці не притягувались до корпусу дуже сильно, бо це може викривити дифузоротримач і тим самим викликати перекіс рухомої системи. Задня сторона дифузора гучномовця не повинна бути закритою деталями АС.

Матеріал оформлення повинен забезпечувати жорсткість стінок, особливо передньої. В якості матеріалу доцільно взяти дерев’яно-стружкові плити. Для проектованої АС оптимальна товщина стінки корпусу становить 15 мм.

Дифузор гучномовця необхідно захистити від можливих зовнішніх механічних пошкоджень. Для цього достатньо прикрити отвір спеціальною декоративною металевою сіткою зі стороною отвору 8 мм.

Облицювальні і декоративні елементи часто дають негативний вплив на частотну характеристику гучномовця. Товсті решітки можуть викликати резонансні явища і в частотній характеристиці можуть появитись додаткові піки та провали.

Високочастотний гучномовець при встановленні в загальне оформлення з низькочастотним необхідно закрити спеціальним ковпаком із фанери. Такий ковпак усуває вплив на високочастотний гучномовець випромінення задньої сторони низкочастотного гучномовця. Ковпак повинен щільно прилягати до панелі. Щілини в самому ковпаку і між ним і панеллю недопустимі.

При виготовленні АС з фазоінвертором, крім того, необхідно контролювати, щоб труба фазоінвертора щільно заходила в передню панель, а наявні щілини були закриті. Для обробки щілин можна використати смужки пористої гуми або поролону.

Для обробки зовнішніх поверхонь акустичного оформлення потрібно покрити самоклеючою плівкою з малюнком дерева.

Акустичне оформлення повинно бути виготовлено так, щоб при можливості не вібрувало при роботі гучномовця. При черезмірній вібрації корпусу знижується звуковий тиск від системи і збільшується сумарний коефіціент гармонік в області низьких частот. Крім того, вібрації породжують призвуки, які спотворюють основний сигнал. При встановленні гучномовця на кільцеву прокладку рівень вібрації знижується на 15-20 дБ. Проте при цьому необхідно слідкувати, щоб прикріплюючі шурупи не доторкались до дифузоротримача. Для цього під головки шурупів потрібно підкласти шайби із м’ягкої гуми.

Інший спосіб боротьби з вібраціями полягає в нанесенні вібропоглинаючого покриття на внутрішню поверхню корпусів оформлення. На низьких частотах при нанесенні покриття не тільки збільшується на 5-10 дБ рівень звукового тиску, але і частотна характеристика стає більш рівномірною. В якості вібропоглинаючого покриття можна застосувати мастику ВМ або пласмасу «Агат».

Внутрішній об’єм корпусів акустичної системи доцільно заповнити звукопоглинаючим матеріалом. В якості якого можна застосувати мінеральну або капронову вату, поролон, войок. Товщина звукопоглинаючого покриття повинна бути не меншою 20-30 мм. Щоб нанести на внутрішню поверхню звукопоглинаючий матеріал, із нього потрібно виготовити мати. На шматку марлі потрібно розкласти рівномірним шаром вату і зверху покласти інший шматок марлі. Все це потрібно надійно зшити ниткою. Мати потрібно кріпити до внутрішньої поверхні оформлення шурупами або цвяхами. Звукопоглинаючий матеріал потрібно нанести на всі поверхні, крім передньої панелі з гучномовцями. Для запобігання попадання звукопоглинаючого матеріалу на гучномовець необхідно одягнути спеціальний мішочок із б’язі – акустично прозорої тканини.

Розміщення звукопоглинаючого матеріалу в корпусі фазоінвертора, поблизу внутрішнього отвору фазоінвертора, потрібно з обережністю, оскільки надто сильне демпфування може привести до припинення дії фазоінвертора. Розміщення цих матеріалів в отворі фазоінвертора недопустимо.

8. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ РОЗРОБКИ

8.1.Вибір і обґрунтування аналогу і визначення комплексного

показника якості приладу на стадії проектування.

Аналог - це виріб, який належить до тієї ж групи товарів, що і новий виріб (НВ), відповідає йому по сфері застосування та функціональному призначенню, і є найбільш широко представленим на відповідному сегменті ринку.

Для вибору аналогу 1 необхідно перш за все дати характеристику нового виробу, визначити його функціональне призначення, проаналізувати конструкційні особливості, визначити можливі сфери його застосування. Після цього здійснюється вибір аналогу . При обґрунтуванні аналогу наводяться дані про його призначення, сферу застосування і основні параметри. Аналог має бути широко представлений на ринку.

Після того, як вибрано аналог , проводиться відбір системи показників, яка б давала максимально повну характеристику нового виробу. Показники мають характеризувати параметри нового виробу, які в тій чи іншій мірі цікавлять його потенційних споживачів (так звані споживчі параметри, конкретні значення по яких можуть вплинути не бажання споживача купувати новий товар).

Показники, які характеризують технічний рівень і якість продукції та можуть бути використані для визначення комплексного показнику якості, об’єднуються в наступні групи:

1) показники призначення;

2) показники надійності;

3) показники безпеки;

4) патентно-правові показники;

5) ергономічні показники;

6) естетичні показники

Дані визначення комплексного показника якості пристрою наведені в таблиці 8.1.

Таблиця 8.1.Визначення комплексного показника якості нового виробу.

№ п/п	Параметри	Одиниці виміру	Значення параметрів			Параметричний індекс якості і-го показника (Іі)	Вагомість і-го показника (параметру) (Ji)	Зважений параметричний індекс якості і-го показника, (Іі*Ji)
			Аналог 1 (ПіА1)	Новий вибір (Пі.нв.)	Потреба споживача (Пі.сп.)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Призначення
1.1.	Діапазон відтворення звукових частот	Гц	500-14000	20-20000	20-20000	1,48	0,1	0,148
1.2.	Вихідна потужність	Вт	30	50	50	1,7	0,12	0,204
1.3.	Коефіцієнт спотворень	%	5	0,5	0,5	10	0,12	1,2
1.4.	Коефіцієнт підсилення	Дб	40	80	80	2	0,05	0,1
1.5.	Кількість коректорів і регуляторів АЧХ	шт.	2	5	4	2	0,03	0,06
1.6	Наявність сабвуфера		нема	є	є	1	0,05	0,05
1.7	Споживана потужність	Вт	100	70	70	1,42	0,02	0.028
1.8	Маса	кг	15	8	8	1,9	0.02	0,038
1.9.	Об”єм	л	80	60	60	1,4	0,02	0.028
2.	Надійність
2.1.	Напрацювання на відмову	год.	3000	4819	5000	1.6	0,2	0,32
2.2.	Строк служби	роки	3	5	5	1,7	0,1	0,17
3.	Безпека
3.1.	Електробезпека	Бал	5	5	5	1	0,05	0,05
4.	Патентно-правові
4.1.	П-к патентного захисту	коеф.	0,2	0,2	0,2	1	0,03	0,03
4.2.	П-к патентної чистоти	коеф.	0,6	0,8	1	1,3	0,03	0,039
5.	Ергономічні	Бал	4	5	5	1,2	0,03	0,036
6.	Естетичні	Бал	3	4	5	1,3	0,03	0,039

Для визначення значень параметричних індексів якості по кожному з показників необхідно враховувати наступні правила.

1. Для показників, по яким збільшення числового значення відповідає покращенню характеристики параметричні індекси якості визначається за формулами:

Іі=ПІ.НВ/ПІ.А1, якщо Пі.нв,Пі.А1>Пі.пс; (8.1.1)

Іі=ПІ.ПС/Пі.А1, якщо Пі.А1>Пі.пс>Пі.нв; (8.1.2)

Іі=ПІ.НВ./ПІ.ПС, якщо Пі.нв>Пі.пс>Пі.А1. (8.1.3)

2. Для показників, по яким збільшення числового значення відповідає погіршенню характеристики, параметричні індекси якості визначаються за формулами:

Іі=Пі.А1/Пі.нв, якщо Пі.нв,Пі.А1>Пі.пс; (8.1.4)

Іі=Пі.А1/Пі.пс, якщо Пі.А1>Пі.пс>Пі.нв; (8.1.5)

Іі=Пі.пс/ПІ.нв, якщо Пі.нв>Пі.пс>Пі.А1. (8.1.6)

Після розрахунку параметричних індексів якості по всіх показниках, для них знаходяться зважені параметричні індекси (добуток параметричного індексу якості цього показника на його вагомість).

Сума зважених параметричних індексів по всім показникам дає значення комплексного показнику якості нового виробу (Кп.як)

КП.ЯК. = Iі*Ji (8.1.7)

При визначенні КП.ЯК. слід зробити висновки щодо його величини:

КП.ЯК. ≥ 1 – виріб має вищий технічний рівень, ніж аналог;

8.2. Визначення ціни нового виробу

8.2.1. Розрахунок собівартості нового виробу

Розрахунок собівартості нової продукції може здійснюватись різними методами, в залежності від повноти вихідних даних для її розрахунку.

Спочатку визначаємо вартість матеріалів напівфабрикатів та комплектуючих в новому виробі. У нас достатня кількість вихідних даних, отже вартість матеріалів може бути визначена найбільш точно методом прямого розрахунку (табл.8.1). МНВс = 156,651 (грн).

Таблиця 8.1. Розрахунок вартості основних матеріалів, напівфабрикатів і комплектуючих нового виробу
№ з/п	Назва матеріальних ресурсів	Од. вимір.	Норма витрат на один виріб	Ціна за одиницю, грн.	Вартість матер. ресурсів
1	2	3	4	5	6
1.	Комплектуючі
1.1.	Резистори
	Резистор С2-23-0,125	шт.	29	0,03	0,87
	Резистор СП3-9а	шт.	3	0,1	0,3
	Резистор СП5- 1Б	шт.	1	0,1	0,1
	Резистор С5-37	шт.	2	0,25	0,5
1.2.	Конденсатори
	Конденсатор К10-17б-H50	шт.	4	0,05	0,2
	Конденсатор К73-17	шт.	15	0,06	0,9
	Конденсатор К53-4-35В	шт.	39	0,12	4,68
	Конденсатор МБГО2-160	шт.	2	2	4
1.3.	Мікросхеми
	TDA 1010A	шт.	2	3,5	7
	TDA 1904	шт.	2	3,1	6,2
	TDA 2050V	шт.	1	8	8
	M 51524L	шт.	1	2,4	2,4
	RC 4195NB	Шт..	1	1.2	1,2
	LM 301A	шт.	7	0,5	3,5
1.4.	Напівпровідники
	Діоди 1N 4001	шт.	6	0,1	0,6
	Діодні містки KBPC 0801	шт.	2	3,1	6,2
1.5.	Дроселі
	Дросель 100 мкГн	шт.	1	1	1
	Трансформатор	шт.	1	11	11
1.6.	Роз'єми
	Перемикач ПКн41-1	шт.	1	1,5	1,5
1.7	Гучномовці
	20ГДН-2	шт.	2	6,5	13
	ARZ 6604	шт.	2	12,7	25,4
	ARN-150-02/4	шт.	1	20	20
2	Матеріали для виготовлення корпусів
2.1	ДСП	м	1,2	6	7,2
2.2	Металева сітка	шт.	6	1	6
2.3	Картонна трубка	шт.	1	0,5	0,5
2.4	Оздоблювальна плівка	м.	1,4	3	4,2
3	Інші матеріали
3.1.	Вата	кг.	1	4.2	4,2
3.2.	Марлева сітка	м.	0,3	3.9	1,17
3.3.	Друкована плата	шт.	2	0,8	1,6
3.4.	Паяні з’єднання	шт.	540	0,015	8,1
4.	Допоміжні матеріали
4.1.	Клей ВК-9 ОСТ4.ГО 029.204	кг	0,005	7	0,035
4.2.	Припій ПОС-61 ГОСТ 21931-76	кг	0,03	20	0,6
4.3.	Лак ЕП-780.У2 ГОСТ 20924-81	кг	0,01	10	0,1
4.4.	Спиртово-бензинова суміш	л	0,05	3	0,15
4.5.	Флюс	кг	0,05	6	0,3
4.6.	Паста КПТ-8 ГОСТ 19783-74	кг	0,001	20	0,02
4.7.	Фарба	кг	0,5	6,2	3,1
5.	Кабельні вироби
	Провід ЛВ –2 х0,2 ТУ 16-505-956-76	м.	1,5	0,3	0,45
6.	Елементи кріплення:
6.1.	Гвинт М2,5 ГОСТ 17475-80	шт.	20	0,02	0,4
6.2.	Шайба 2,5 04 013 ГОСТ10450-78	шт.	20	0,001	0,02
6.3.	Гвинт М4 ГОСТ 17475-80	шт.	72	0,02	1,44
6.4.	Шайба 4 04 013 ГОСТ10450-78	шт.	72	0,001	0,072
Всього вартість матеріалів, напівфабрикатів і комплектуючих					156,651
Вартість матеріальних ресурсів з урахуванням транспортних витрат					164,48355

Вартість транспортно-заготівельних витрат приймається на рівні 5 % до вартості матеріалів, комплектуючих та напівфабрикатів.

МНВтр= 7,83255 (грн).

МНВ =МНВс+ МНВтр,

МНВ = 156,651 + 7,83255 = 164,48355 (грн).

Після визначення вартості матеріальних витрат нового виробу МНВ визначимо його повну собівартість.

Свн=[Мнв+Зн.то*(1+Кдод)*(1+Ксум.вр)+3н.то*(Кц+Кзз)]]*(1+Кпв), (8.2.1.1)

де Зн.то - основна заробітна плата основних робітників при виробництві нового виробу, розрахована методом питомої ваги ;

Кдод - коефіцієнт додаткової зарплати основних робітників, який візьмемо рівним 15% від основної зарплати;

Ксум.вр - коефіцієнт сумарних відрахувань (соціального страхування – 2,9%, пенсійний фонд – 32%, у фонд зайнятості – 2,1%), тобто Ксум.вр = 0,36 ;

Кц, Кзз - коефіцієнти , відповідно цехових (включаючи витрати на утримання і експлуатацію устаткування) і загальнозаводських витрат до основної зарплати основних робітників, які приймемо такими Кц = 150% , Кзз = 160%;

Кпв - коефіцієнт позавиробничих витрат, який дорівнює 2-3% від собівартості.

Значення коефіцієнтів взяті з даних підприємства, де планується виробництво нового виробу та згідно з діючим законодавством.

3н.то=Мнв*Па.зп/Па.м, (8.2.1.2)

де Па.зп, Па.м - відповідно, питома вага основної заробітної плати та матеріальних витрат в заводській собівартості аналогу. Ці ваги беремо рівними 0,3 та 0,4 відповідно:

3н.то=Мнв*(0,3/0,4)=Мнв*0,75=164,48355*0,75 = 123,3627(грн).

Тоді Свн=(164,48355 +123,3627*(1+0,15)*(1+0,36)+

+123,3627*(1,5+1,6))*(1+0,03)= 762,1063(грн).

8.2.2. Розрахунок ціни нового виробу

Враховуючи те, що для виробника освоєння і випуск нової продукції буде доцільним (при інших рівних умовах) в тому випадку, коли рентабельність цієї продукції буде не менше ніж рентабельність випуску аналогу, (якщо нова продукція буде випускатись на тому підприємстві, де випускається аналог), або середньогалузевоі рентабельності (якщо продукція буде виготовлятися на інших підприємствах) ціну на нову продукцію визначаємо за формулою:

Цн.пр.=Свн*(1+R1), (8.2.2.1)

де Cвн - повна собівартість нового виробу;

R1 – рентабельність аналогу, або середньогалузева норма рентабельності продукції (коефіцієнт R1 приймемо рівним 25%).

Цн.пр.= 762,1063*1,25 = 952,6328 (грн)

8.3. Визначення розміру експлуатаційних витрат

8.3.1. Обґрунтування організаційно-економічних умов експлуатації нового виробу і аналогу

Експлуатаційні витрати будь-якого виробу виробничого призначення в значній мірі визначаються не тільки його техніко-економічними параметрами, але і конкретними організаційно-економічними умовами його експлуатації. Відповідно, для визначення експлуатаційних витрат даного виробу необхідно чітко визначити сферу його використання і особливості його експлуатації в цій сфері.

8.3.2. Визначення річних експлуатаційних витрат нового виробу і аналогу 1

В загальному випадку річні експлуатаційні витрати складаються з наступних елементів:

Вр.ех=Зр.пв.+Ер+Рр+Пв+Нрв, (8.3.2.1)

де Зр.пв - річний обсяг заробітної плати робітника, який працює на даному виді приладів (з всіма відрахуваннями);

Ер - вартість річних витрат з електроенергії, яка споживається під час експлуатації приладу;

Рр - річні витрати на ремонт (0,04 від вартості);

Пв - річні витрати на повірки апаратури (0,015 від вартості);

Нрв - непрямі витрати за рік, які приймаємо за 10% від суми витрат (Зр.пв.+Ер+ +Рр+Пв).

Зазначимо, що в кожному конкретному випадку перелік експлуатаційних витрат має бути уточнено а огляду на специфіку нового виробу.

Необхідно враховувати, що у випадку коли протягом строку служби устаткування деякі елементи експлуатаційних витрат змінюються по роках, вони мають бути прораховані по кожному з цих років.

8.3.3. Річна заробітна плата з нарахуваннями

Річна заробітна плата з нарахуваннями може бути розрахована за формулою:

Зв.пв=(12*ЗПmin*Ксп*Кмг*Ктар)*(1+Кдоп)* (1+Ксум.вр)]*S*Kбв, (8.3.3.1)

де ЗПmin - мінімум місячної зарплати, встановлений державою, ЗПmin=165 (грн);

12 - кількість місяців за рік;

Ксп - коефіцієнт співвідношення мінімальної місячної ставки 1-го розряду до мінімуму місячної зарплати встановленого державою, дорівнює 1;

Кмг - коефіцієнт міжгалузевих співвідношень в оплаті праці, Кмг =1,0;

Ктар - тарифний коефіцієнт відповідного кваліфікаційного розряду(1,54; 1,7; 1,87; 2,06; 2,26; 2,49 – тарифні коефіцієнти відповідно 1-6 розрядів), оскільки робітники, задіяні при експлуатації та виготовленні є робітниками 2-го розряду, то Ктар=1,7;

Кдоп - коефіцієнт доплат до тарифного заробітку, Кдоп=0,1;

Ксум.вр- коефіцієнт сумарних відрахувань в цільові фонди, Ксум.вр=0,36;

S -кількість змін експлуатації устаткування, S=1;

Kбв - коефіцієнт, якій характеризує кількість робітників, які обслуговують одиницю устаткування, Kбв =1.

Зв.пв=(12*165*1*1,0*1,7)*(1+0,1)*(1+0,36)*1*1=5035,536 (грн)

Заробітна плата працівника, що працює з аналогом, має таку ж саму величину.

8.3.4. Річні витрати по електроенергії

Річні витрати по електроенергії визначаються за формулою:

Ер.=Мвст*Фд*Kw*Це, (8.3.4.1)

де Мвст - встановлена потужність виробу, Мвст=0,07 (КВт);

МвстА= 0,1 (КВт);

Фд - дійсний фонд часу виробу в рік, Фд=12500 годин;

Кw - коефіцієнт, якій враховує втрати електроенергії в електромережах,

Кw =1,06;

Це - ціна електроенергії (Це = 0,25 грн/кВт*год).

Для нового виробу Ер.НВ=0,07*12500*1,06*0,25= 231,875(грн).

Для аналога Ер.А1=0,1*12500*1,06*0,25 = 364,375 (грн).

8.3.5. Річні витрати на ремонт

У даному випадку новий виріб і аналог не відрізняються суттєво з точки зору надійності і ремонтопридатності, тому річні витрати на ремонти для них можуть бути визначені як 2-5 % від їх вартості за формулою:

Рр=Ц*Крм, (8.3.5.1)

де Ц - ціна, грн;

Крм - коефіцієнт вартості ремонтів (за рік) до вартості устаткування (0,02-0,05), приймаємо рівним 0,04.

Для нового виробу Рр.НВ=952,6328*0,04=38,1053 (грн).

Для аналога Рр.А1=970,00 *0,04=38,8 (грн).

8.3.6.Річні витрати на повірки

Річні витрати на повірки апаратури можуть бути укрупнено визначені аналогічно до розрахунку вартості ремонтів через коефіцієнт вартості апаратури (0,01-0,02).

Для нового виробу Нb.НВ=952,6328*0,015= 14,2894 (грн).

Для аналога Нb.А1=970,00 *0,015= 14,55 (грн).

8.3.7. Визначення річних експлуатаційних витрат

Використовуючи формули для нового виробу та для аналога розрахуємо суму

С = Зр.пв.+Ер+Рр+Нв.

Для нового виробу СНВ=5035,536+231,875 +38,1053 +14,2894 =5319,805 (грн),

для аналога СА1= 5035,536 +364,375 + 38,8 + 14,55 = 5453,261 (грн).

Накладні витрати складають 10% від суми.

Тобто для нового виробу НрвНВ= 531,9805 (грн),

для аналога НрвА1=545,3261 (грн).

Отже, річні експлуатаційні витрати для нового виробу

Вр.ехНВ=5319,805 +531,9805 = 5851,7855 (грн),

для аналога Вр.ех.А1=5453,261 +545,3261= 5998,5871 (грн).

8.3.8. Розрахунок теперішньої вартості експлуатаційних витрат нового виробу і аналогу за нормативний строк служби

Після того, як визначені експлуатаційні витрати нового виробу і аналогу 1 по роках експлуатації (в межах нормативного строку служби) , може бути визначена теперішня вартість експлуатаційних витрат за строк служби (Bpv.ex). Теперішня вартість (pv) витрат (доходів) показує, яка сума грошових коштів сьогодні еквівалентна тим витратам (доходам), які будуть витрачатись (отримані) протягом певного періоду часу в майбутньому. Таким чином для визначення Bpv.ex необхідно знати щорічні експлуатаційні витрати (Bpv.ex), нормативний строк служби (Т) та безпечну ставку банківського проценту і, яку приймемо рівною 0,08).

(8.3.8.1)

де - річні експлуатаційні витрати в році t,

t - порядковий номер року служби устаткування,

Т - нормативний строк служби устаткування ;

- норма дисконту для року t.

Вважатимемо, що по роках не змінюватимуться, тому можемо використати спрощену формулу

(8.3.8.2)

Для нового виробу

Врv.ехHB =5851,7855*(0,926+0,857+0,794+0,735+0,681) = 23044,331 (грн),

для аналога

Врv.ех.А1= 5998,5871 *(0,926+0,857+0,794+0,735+0,681) =23622,436 (грн).

8.4. Розрахунок індексу конкурентноздатності за ціною споживання

Ціна споживання товару визначається як сума ціни товару та теперішньої вартості експлуатаційних витрат

Цсп=Цт+Врv.ех. (8.4.1)

Для нового виробу ЦспНВ= 952,6328 +23044,331 =23996,964 (грн),

для аналога Цсп.А1= 970,00 +23622,436 =24592,436 (грн).

Визначивши Цсп для нового виробу і для аналогу 1 розраховують

індекс конкурентноздатності по ціні споживання

Іц.сп=Цсп.НВ/Цсп.А. (8.4.2)

Іц.сп=23996,964 /24592,436 = 0,975786.

8.5. Розрахунок індексу конкурентноздатності нового виробу і перевірка виконання умови конкурентноздатності

Розрахунок індексу конкурентноздатності базується на тому, що новий виріб може бути відносно легко реалізований на ринку, якщо ціна споживання цього виробу є меншою, ніж ціна споживання аналогу 1, скорегована на комплексний показник якості нового виробу, тобто якщо виконується нерівність

Цсп.н<Цсп.А1*Кп.як. (8.5.1)

З урахуванням ця умова може бути записана

Ія-ц.к=Кп.як/Іц.сп; Ік>1, (8.5.2)

де ІІя-ц.к - загальна конкурентноздатність виробу за якісно-ціновими параметрами.

Ія-ц.к = 2,54/0,975786=2,603

У нашому випадку Ія-ц.к>1, виріб є конкурентноздатним, і може бути реалізований на ринку за ціною не нижче, ніж визначена в розділі 8.2.2 проекту .

8.6. Визначення очікуваного річного прибутку при виробництві нового виробу

Необхідно зазначити, що виконання умови (8.5.2) є необхідним, але не достатнім, хоча при Ія-ц.к більшому від 1 вже на цій стадії можна вважати виріб конкурентноспроможним.

8.6.1.Оцінка конкурентоздатності підприємства-виробника

Тепер проаналізуємо вплив на його конкурентоспроможність даного пристрою інших факторів, таких як "brand name" фірми-виробника, сервісне обслуговування, доставка споживачам та ін.

Для визначення індексу конкурентоспроможності за цими факторами, тобто іміджем фірми-виробника, використовують формулу:

, (8.6.1.1)

де m - кількість факторів, які оцінюються;

БjН і БjА - бальна оцінка j-го фактору відповідно нового виробу і його аналогу, бали;

bj - вагомість j-го фактору для споживача, відн. од.

Оцінка конкурентоспроможності підприємства, на якому планується виробництво нового виробу передбачає, по-перше визначення переліку основних підприємств-конкурентів, які виготовляють подібну продукцію. По-друге, визначення коефіцієнтів вагомості за кожним із факторів конкурентоспроможності підприємства.

Дані вагомості визначаються на основі експертних оцінок при виконанні умови, що сума вагомостей дорівнює одиниці, а сума вагомостей таких факторів як "brand name" фірми-виробника повинна бути в межах 0,4…0,6.

По-третє здійснюється рейтингова оцінка підприємства виробника та його основних конкурентів за чотирьохбальною шкалою на основі табл. 8.6.1.1.

Таблиця 8.6.1.1. Шкала рейтингових оцінок факторів конкурентоспроможності

підприємства

Досягнення за фактором	Рейтинг
Дуже незначні	1
Незначні	2
Значні	3
Дуже значні	4

Результати оцінки конкурентоспроможності потенційного підприємства-виробника даного пристрою зведені в табл. 8.6.1.2.

Таблиця 8.6.1.2. Оцінка конкурентоспроможності підприємства

№ з/п	Фактори конкуренто­спроможності	Ваго­мість	Підприємство-виробник		Конкурент
			Рейтинг	зважена рейтинго­ва оцінка	рейтинг	зважена рейтинго­ва оцінка
1.	"brand name"	0,60	1	0,60	2	1,20
2.	Канали збуту	0,10	2	0,20	2	0,20
3.	Сервіс	0,20	3	0,60	2	0,40
4.	Реклама	0,10	2	0,20	3	0,30
5.	Сумарна оцінка	1,00	-	1,60	-	1,90

Індекс конкурентоспроможності за іміджем фірми-виробника згідно даних таблиці складає 1,6/1,9=0,842105.

Інтегральний індекс конкурентоспроможності виробу, який враховує всі фактори, як ціно-якісні, так і імідж фірми-виробника, розраховують за формулою:

, (8.6.1.2)

де уц-я і уім - вагомості відповідно ціно-якісних факторів та іміджу фірми-виробника для споживачів. Згідно проведених на Заході маркетингових досліджень уц-я.=(0,75…0,9) і уім=(0,1…0,25), при умові, що уц-я+ уім=1. Для даного пристрою інтегральний індекс конкурентоспроможності рівний

Іін=2,603ґ0,85+0,842105ґ0,15=2,3388.

Оскільки, Іін=2,3388>1, то можна зробити висновок про те, що розроблений пристрій є конкурентноспроможним на вітчизняному ринку.

8.6.2. Оцінка частки ринку підприємства-виробника та очікуваної суми річних прибутків

Для обґрунтування доцільності виробництва нового виробу необхідно визначити суму очікуваних річних прибутків при його промисловому виготовленні. Здійснення даної оцінки передбачає визначення річного попиту на вироби аналогічні до проектного (ємності обраного сегменту ринку). Для даного попиту (ємності) дають три варіанти оцінок співвідношення попиту і пропозиції: оптимістичний, оптимальний та песимістичний із зазначенням ймовірності кожного з варіантів (сума коефіцієнтів ймовірності дорівнює одиниці)

, (8.6.2.1)

де Q -оцінка співвідношення "попит-пропозиція";

D - попит на певні товари, шт.;

S - пропозиція цих товарів, шт.

Слід зазначити, що при підборі оцінок за цими трьома варіантами має бути виконана умова

0,5<Q<2. (8.6.2.2)

На основі 3-х оцінок співвідношення "попит-пропозиція" визначаються за формулою можливі частки підприємства на обраному сегменті ринку даного товару

, (8.6.2.3)

де Внj – оцінка можливої частки підприємства на ринку при виведенні на нього нового товару (дається три оцінки – оптимістична, оптимальна та песимістична);

Іін – інтегральний індекс конкурентоспроможності нового виробу;

Ві - оцінка конкурентоспроможності і-того підприємства-конкурента (див. табл. 8.6.1.2, де вважається, що в нас наявний лише 1 конкурент);

n - кількість підприємств конкурентів;

Вв - оцінка конкурентоспроможності підприємства-виро6ника (див. табл. 8.6.1.2).

Вважаємо, що за оптимальних умов програма випуску пристрою дорівнюватиме попиту на них.

Оцінки співвідношення попиту і пропозиції та ймовірності кожного з варіантів:

Q1 = 100/95 = 1,05 Y1 = 0,1;

Q2 = 100/100 = 1,0 Y2 = 0,6;

Q3 = 100/120 = 0,83 Y3 = 0,3.

Отже, можливі частки підприємства на вітчизняному ринку даного товару будуть наступні:

Вн1 = 2,3388/[2,4Ч(1+1,9/1,6)Ч(1+lg1,05-1)] = 0,335238;

Вн2 = 2,3388/[2,4Ч(1+1,9/1,6)Ч(1+lg1,0-1)] = 0,32777;

Вн3 = 2,3388/[2,4Ч(1+1,9/1,6)Ч(1+lg0,83-1)] = 0,303721.

Знаючи частку сегменту ринку, яку може завоювати підприємство (Вн), загальну ємність сегменту ринку (приймається на рівні попиту на товари аналогічні до нового) (D) та питомий маржинальний прибуток з одиниці нового виробу (ПМП) визначають суму річного маржинального прибутку (МПрj), який може бути отриманий за кожним з трьох варіантів:

. (8.6.2.4)

ПМП= Цн.пр-СВН (8.6.2.5)

ПМП=952,6328-762,1063=190,5265

Згідно розрахунків за даною формулою, підприємством може бути отримано наступні маржинальні прибутки за кожним з варіантів:

МПр1 = 190,5265 0,335238Ч100 = 6405,01(грн);

МПр2 =190,5265Ч0,32777Ч100 = 6262,329(грн);

МПр3 =190,5265Ч0,303721Ч100 = 5802,852(грн).

Очікувану суму річного маржинального прибутку з урахуванням ймовірностей кожного з варіантів визначають за формулою:

, (8.6.2.6)

де j - варіанти (оптимістичний, оптимальний, песимістичний);

Yj - ймовірність кожного з варіантів.

МПочр = 6138,754(грн).

Оскільки отриманий очікуваний прибуток є імовірнісною величиною, необхідно розрахувати показники його варіації та можливі межі зміни. Для такої оцінки розраховують середньоквадратичне відхилення:

, (8.6.2.7)

Після розрахунку середнього квадратичного відхилення визначають діапазон коливання очікуваного маржинального прибутку

(8.6.2.8)

та квадратичний коефіцієнт варіації, який є відносним показником одержаного результату

. (8.6.2.9)

Чим менший цей коефіцієнт тим меншим є співвідношення ризику і прибутку, і тим імовірнішим стає отримання визначеного розміру очікуваного прибутку. Допустиме значення Vs Ј 33%.

Згідно наших даних отримаємо:

s = 223,8319 (грн)

Відповідно можливий діапазон зміни очікуваного маржинального прибутку і квадратичний коефіцієнт варіації будуть такими:

5467,259 (грн) Ј Ј 6810,25 (грн);

Vs = 3,646211 %.

Таке значення коефіцієнтів варіації свідчить про високу ймовірність одержання підприємством прогнозованого маржинального прибутку від реалізації пристрою.

8.7. Висновки про доцільність розробки нового виробу

Результати виконаних розрахунків приведені в табл.8.7.1. Виходячи з отриманих результатів, індекси конкурентноздатності за ціною споживання Іц.сп та за ціново-якісними характеристиками є більшими 1, крім того коефіцієнт, отриманий за оцінкою конкурентоспроможності підприємства-виробника, теж є більшим 1. Можемо зробити висновок про доцільність розробки і виготовлення даного пульта з точки зору можливості його подальшої реалізації, та з точки зору ефективності його виробництва. Це підтверджується також наявністю очікуваного річного прибутку від випуску даного виробу, допустимим діапазоном коливань очікуваного прибутку та низьким коефіцієнтом варіації як співвідношення ризику і прибутку.

Таблиця 8.7.1. Зведені техніко-економічні показники проектованого пристрою

№ з/п	Показники	Числові значення
		аналог	новий виріб
1.	Комплексний показник якості, в т.ч. зведені параметричні індекси якості за групами	-	2,54
1.1.	Призначення	-	1,856
1.2.	надійності	-	0,49
1.3.	Безпеки	-	0,05
1.4.	патентно-правові	-	0,069
1.5.	Ергономічні	-	0,036
1.6.	Естетичні	-	0,039
2.	Собівартість (грн)	762,1063	762,1063
3.	Ціна (грн)	970,00	952,6328
4.	Річні експлуатаційні витрати (грн)	5998.5871	5851,7855
5.	Нормативний термін служби (роки)	3	5
6.	Теперішня вартість експлуатаційних витрат за нормативний термін служби (грн)	23622,436	23044,331
7.	Ціна споживання (грн)	24592,436	23996,964
8.	Індекс конкурентноздатності за ціною Споживання	-	0,97578
9.	Індекс конкурентноздатності пристрою за якісно-ціновими параметрами	-	2,603
10.	Індекс конкурентоспроможності за іміджем фірми-виробника	-	0,842
11.	Інтегральний індекс конкурентоспроможності виробу ціно-якісних факторів та іміджу фірми-виробника для споживачів	-	1,721
12.	Прибуток на один виріб (грн)	207,8937	190,5265
13.	Оцінка конкурентоспроможності підприємства-виробника (коеф.)	-	1,6
14.	Оцінка конкурентоспроможності підприємства-конкурентів (коеф.)	-	1,9
15.	Оптимальна можлива частка підприєм- ства-виробника на ринку, відн. од.	-	0,328
16.	Очікувана сума річного прибутку, грн.	-	6137,813
17.	Середньоквадратичне відхилення, грн.	-	223,798
18.	Коефіцієнт варіації, %	-	3,646

9. ОХОРОНА ПРАЦІ

9.1. ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ

Двосмугова активна акустична система з сабвуфером живиться від загальної мережі живлення змінної напруги 220 В ; вхідний звуковий сигнал 1 Вт ; робочий інтервал температур - -20 ...+40ОС при во-логості 80±5%; та атмосферному тиску - 760±20 мм рт. ст. Умови експлуатації – закрите середовище.

Акустична система виконана у повній відповідності з вимогами ергономіки з мі-німальною кількістю органів керування, розміщених на лицевій стороні і компо-зиційно підпорядковані принципу функціональності.

У зв'язку із впровадженням нових технологій для виготовлення подібних радіоелектронним пристроїв та інтенсифікації існуючих технологій, спостеріга-ється підвищення впливу різних вирробничих факторів, таких як шум, вібрація, електромагнітне випромінювання, ультразвук, пил, органічні та неорганічні заб-руднення повітря, на оточуюче середовище в якому знаходяться і працюють працівники, котрі зайняті як проектуванням, так і виготовленням пристрою.

Основою успіху в розвитку охорони праці є вирішення питання гігієни праці, забезпечення безпеки праці, ліквідації професійних захворювань, ви-робничого травматизму, профілактика отруєнь та шкідливих впливів на пра-цюючих, фізичних факторів виробничого середовища.

Виготовлення та настроювання акустичної системи здійснюється в умовах цеху. При вказаних операціях використовуються прилади, інструменти та обладнан-ня, які живляться від мережі змінного струму з напругами 36, 220 .

Під час технологічного процесу у повітря робочої зони виділяються шкідливі речовини у вигляді випаровувань ацетону, свинцю та спирту, які мо-жуть привести до професійних ахворювань або до отруєння ГОСТ 12.1.007-88.ССБТ [9.1]. Також, слід відмітити, що для даного типу виробництва можли-вi такі джерела загорання:

· несправнiсть електрообладнання (коротке замикання, перевантаження);

· порушення технологiчного режиму.

Джерелами короткого замикання можуть бути пошкодження iзоляцiї про-відників, попадання на неiзольованi провідники струмопровiдних предметiв, вплив на провідники хiмiчно активних речовин, пороху, вологи, а також невiр-ний монтаж та iнше.

Активна акустична система з сабвуфером виготовляється та проходить регулювання в цеху. В примiщеннi цеху забезпечено повну безпеку виконання робiт по виго-товленню деталей, пайцi, складальних роботах та регулюванню спроектовано-го пристрою.

Загальний об'єм примiщення, де виготовляється активна акустична система з сабвуфером , складає 119,0 м3, площа - 35,0 м2; висота примiщення - 3,4 м. В цеху працює 6 робочих. Отже, на кожного з них припадає 5,83 м2 площi та 19,68 м3 об'єму примiщення, що вiдповiдає санiтарним нормам для цехiв заводiв радiотех-нiчної ромисловостi СН245-71 [9.2].

В процесi виготовлення даного пристрою для монтажника використову-ється сидяче робоче місце. Вид роботи вiдповiдає середнім (точним) зоровим роботам. Згiдно ГОСТ 12.3.002-75 [9.3], висота робочої поверхнi складає для чоловiкiв 1020 ... 905 мм, а для жiнок - 930 ... 835 мм.

Робочим мiсцем являється стiл регулювальника висотою 0,8 м i загаль-ною площею 1,5 м2 зi стелажами для розмiщення вимiрювальної апаратури. Справа на столi розмiщується низьковольтний паяльник iз джерелом живлен-ня та монтажний iнструмент. Злiва розташовані необхiднi вимiрювальнi прила-ди. Робоче мiсце також передбачає наявнiсть припою типу ПОС-61 та канiфо-лi для виконання пайки.

Складовою частиною робочого мiсця є крiсло оператора. Для забезпе-чення фiзiологiчно рацiональної пози оператора воно вiдповiдає ГОСТ 12. 032-76 [9.4].

Метеорологiчнi умови середовища та характер виконуваної роботи створюють мiкроклiмат, який впливає на процес теплового обмiну людського органiзму iз зовнiшнiм середовищем. Мiкроклiмат визначається температурою, відносною вологiстю та швидкiстю руху повiтря, що діють на людину.

Згiдно ГОСТ 12.1.005-88.ССБТ [9.5] мiкроклiмат робочої зони нормується залежно вiд періоду року та категорiї робiт за енерговитратами.

Слід відмітити, що відносна вологість допускається не більше 75%. За енерговитратами роботи, що виконуються в процесi виробництва радіостан-ції, належать до легких (витрати менше 150 кКал/год). Для таких робiт опти-мальними є метеорологiчнi умови згiдно ГОСТ 12.1.005-88, які наведені в табл. 9.1.1.

Для пiдтримання оптимальних метеорологiчних умов в холодну пору ро-ку використовується водяне опалення примiщення та механiчна вентиляцiя, а в теплу пору року - природна вентиляцiя або кондицiонери, які нормуються згідно СНиП 2.04.05-88 [9.6].

Таблиця 9.1. 1.Оптимальні значення параметрів мікроклімату

Період року	Температура, °С	Відносна Вологість, %	Швидкість руху Повітря, м/с
Холодний Теплий	9 … 22 22 … 25	60 … 40 60 … 40	0,1 0,2

9.2. РОЗРАХУНОК РИРОДНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ

При виготовленні акустичної системи необхідно забезпечити нормальне природ-нє та спеціальне штучне освітлення. Нормування освiтлення здійcнюється згiд-но СНиПІІ-4-79 [9.7].

За розрядом зорових робiт робота в цеху вiднесена до робiт середньої точностi, нормована освiтленiсть для якої складае 300 лк.

Розрахунок природнього освітлення полягає у визначенні загальної площі світлових отворів та кількості вікон, враховуючи світловий потік прямого ди-фузійного світла з неба, а також відбитого від внутрішніх поверхонь примі-щення та від розміщених будинків. Тому для розрахунку природнього освіт-лення потрібні наступні дані: довжина, ширина і висота приміщення, характе-ристика зорової роботи, тип освітлення, коефіцієнт відбиття від поверхонь приміщення, розміри вікна.

- довжина, ширина, висота приміщення,м - 7, 5, 3,4;

- характеристика зорової роботи – середня точність;

- тип освітлення – бокове;

- коефіцієнт відбиття - r = 0,5;

розміри вікна, м – 2,8 ґ 1,6.

Визначимо розміри світлових отворів So при боковому освітленні із нас-тупної формули:

(9.2.1)

де Sн – площа підлоги приміщення, м2; ен – норматив коефіцієнта природнього освітлення (КПО); Кз – коефіцієнт запасу; h10 – світлова характеристика вікон; t0 – загальний коефіцієнт світлопроникнення; V1 – коефіцієнт відбивання світла від поверхні будинку, в якому знаходиться дане приміщення; Кб – коефіцієнт затемнення вікон будинками.

В діючих СНіПІІ-4-79 нормовані значення КПО ен наведені для ІІІ-го світ-лового поясу; для будинків, розміщених в І, ІІ, ІV, V поясах ен визначається так:

(9.2.2)

де - значення КПО для ІІІ-го поясу світловогоклімату; m – коефіцієнт світ-лового клімату; С – коефіцієнт сонячного клімату (= 1; m = 0,9; С = 0,95 – вибираються з табл. 1-4 даного СНіП). В результаті:

ен = 0,855.

Кз = 1,5; h10 = 16; V1 = 3,3 (при відстані розрахункової точки 7-1=6 м, згідно з таблиці методичних вказівок №7 до виконання лабораторної роботи з дис-ципліни “Охорона праці”.

Значення коефіцієнта t0 визначимо на підставі формули:

t0 = t1*t2*t3*t4*t5, (9.2.3)

Для розрахунку цього коефіцієнта скористваємось наступними значення-ми параметрів, що входять у вищезаписану формулу:

t1 = 0,8 – скло віконне подвійне;

t2 = 0,7 – оправа дерев’яна спарена;

t3 = 0,8 – конструкція покриття – дерево;

t4 = 0,8 – втрати світла в сонцезахисних спорудах;

t5 = 0,9 – втрати світла в захисній сітці.

Підставивши ці значення в (9.2.3), одержимо:

t0 = 0,8*0,7*0,8*0,8*0,9 =0,323.

Кб = 1,05 (при Р =25, hб = 10).

Із формули (9.2.1) визначаємо:

(м2).

Стандартна площа вікна:

S1 = 1,6*1,8 = 2,88 (м2).

Кількість вікон становить:

Кв і S0/S1 і 7,07/2,88 і 2,53 (шт).

Для забезпечення заданого освітлення приймаємо чотири вікна розміром 1.6*1.8.

РОЗРАХУНОК ШТУЧНОГО ОСВІТЕННЯ

Розрахунок штучного освітлення проводимо за методом коефiцiєнта ви-користання свiтлового потоку з врахуванням нормованої потужності ос-вітлення.

Сумарний свiтловий потiк, потрiбний для забезпечення заданої мiнi-мальної освiтленостi, визначається згідно виразу:

(9.3.1.)

де:

ФS- сумарний свiтловий потiк, лм;

Ен - нормоване значення освiтленостi, лк (Ен = 300);

S - площа освiтлюваного примiщення, м2; S = 35;

k - коефiцiент запасу (для люмiнесцентних ламп вибирається в межах

k=1,5 ... 2, а для ламп розжарювання k = 1,3 ... 1,7);

z - вiдношення середньої освiтленостi до мiнiмальної, z = 1,1 ... 1,2;

h - коефiцiєнт використання свiтлового потоку (вiдношення потоку, що падає на розрахункову поверхню до сумарного потоку всiх ламп; визначається за показником примiщення, типом свiтильника та коефiцiєнтами вiдбиття світ-ла від стiн rст, стелі rстл та підлоги rп).

Показник примiщення визначається за формулою:

(9.3.2.)

де:

а,b - довжина та ширина примiщення, м;

Н - висота пiдвiсу свiтильника над робочою поверхнею, м.

Для прийнятої лабораторiї а = 7м, b = 5м, Н = 3,4м.

З таблицi 5-11 [27] відповідно до вибраних коефіцієнтів відбиття світ-ла (rст= 50%, rстл = 70%, rп = 10%) знаходимо, що h = 0,58.

(лм).

З таблицi вибираємо лампи ПБР, якi пiсля 100 годин горiння дають номi-нальне значення свiтлового потоку Фн = 2700 лм. Довжина лампи l=1,213 м.

Свiтильник вибираємо дволамповий без колектора типу ПБМ 2ґ40. Кiлькiсть свiтильникiв, враховуючи, що в кожному з них по двi лампи, визна-чаємо за формулою:

(шт).

Перевiряємо правильнiсть розрахунку. Знаходимо освiтлення, що ство-рюєься обраними свiтильниками за наступною формулою:

(9.3.3.)

(лк).

Отже розрахована система освiтлення забезпечує рiвень освiтленостi, вищий вiд заданої: 334.9 лк > 300 лк.

При виготовленні активної акустичної системи відсутні шуми, вібрація, а також будь-яке випромінювання електромагнітних полів ВЧ, УВЧ, НВЧ і рентгенівських про-менів. Тому в даному випадку захисних міроприємств для усунення дії цих факторів не передбачається.

РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ

В зв'язку з тим, що вся контрольно-вимірювальна апаратура, яка застосовується при налагодженні акустичної системи живиться від мережі 220 В, існує небезпека ураження працівників електричним струмом. Тому безпосередньо на робочих місцях постелені гумові килими, а корпуси приладів заземлені. При цьому загальні вимоги елекробезпеки нормуються ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ[9.8].

Захисне заземлення повинно забезпечувати захист людей вiд ураження електричним струмом при дотиканнi до металiчних неструмопровідних частин, якi можуть опинитися пiд напругою внаслiдок пошкодження iзоляцiї. Захисне заземлення належить виконувати з'єднанням металевих частин електроустано-вок з землею, чи її еквiвалентом.

Захисному заземленню пiдлягають металевi частини електроустановок, котрі доступнi для дотику людини i такi, що не мають інших видiв захисту, що забезпечують електробезпеку.

При складальних роботах по виготовленню спроектованого пристрою використовуються електроустановки з напругою живлення 36 В, 220 В .

Згідно ПУЕ [9.8] нормований опiр контура зеземлення в установках з нап-ругою до 1000 В повинен задовільняти нерівність Rзн Ј 4 Ом.

Заземлення здiйснюється за допомогою металевих труб дiаметром d = 0,05м i довжиною lТ = 1,5 м. Труби з'єднуються в контур з допомогою сталевої штаби шириною b = 0,04 м.

Глибина закладання труб hn= 0,5 м; вiддаль мiж трубами a=2lт=3 м.

Відстань від поверхні землі до середини труб t визначається за форму-лою:

t = . (9.4.1.)

t = 0,5 + 0,5 ґ 1,5 = 1,25 (м).

Опiр розтіканню струму одиночного трубчатого заземлювача , визначаємо із наступної формули:

(9.4.2.)

де:

r - питомий опiр грунту; r = 100 Ом/м;

lт - довжина пiдземної частини труби, см;

d - дiаметр труби, см;

(Ом).

Орієнтовна кiлькiсть труб заземлювача визначається згідно формули:

(9.4.3.)

де Rзн - нормована величина опору заземляючого пристрою.

Підставивши відповідні значення у формулу (9.4.3.), знаходимо:

(шт).

Знаходимо дійсну кількість труб заземлювача:

Для i nор = 15, коефіцієнт екранування труби hод = 0,75.

Довжина сталевої штаби:

lш = a ґ n = 2 ґ lт ґ n = 3 ґ 20 = 60,0 (м).

Опiр розтікання струму заземлювача iз сталевої штаби:

(Ом).

Визначаємо розрахунковий опiр розтікання струму усього контура зазем-лення:

(9.4.4.)

де hш - коефіцієнт екранування штаби (hш = 0, 73).

Підставивши відповідні значення у формулу (9.4.4.), одержимо:

Одержана розрахункова величина опору заземлення задовiльняє зада-ним умовам:

Rзр < 4 Ом, тобто 2,21 < 4 Ом.

ПОЖЕЖНА ПРОФІЛАКТИКА

Характеристика виробництва за пожежною безпекою та заходи профi-лактики пожежної безпеки розробляються згiдно СНиП2.09.02-85 [9.9] та ГОСТ 12.1.004-85.ССБТ [9.10].

Згідно ОНТП 24-86 [9.11] і СНиПІІ-2-80 [9.12] приміщення цеху розмiщується в будiвлі категорії "Д" (пожежо безпечне виробництво), степінь вогнестійкості якого В-1а (СНиП2-90-81 [9.13]).

Спроектований пристрій з точки зору пожежної безпеки не викликає заг-рози, тому що в ньому нема деталей, що самозагоряються.

Відмітимо профiлактичнi заходи проти загорання:

- органiзацiйнi - правильна експлуатацiя приладiв, iнструменту, паяльни-кiв, належне утримання робочих мiсць та лабораторiї в цiлому, протипожежний iнструктаж;

- технiчнi - додержання протипожежних правил та норм при проектуваннi будiвлi, при влаштуваннi електропроводки, опалення, вентиляцiї, освiтлення, доцiльне розмiщення обладнання;

- режимного характеру - заборона курiння в невстановлених мiсцях;

- експлуатацiйнi - своєчаснi профiлактичнi огляди, ремонти та випро-бування.

Згідно СНиП2.04.09-84 [9.14] в проектованому примiщеннi передбачено комбіновану сигналізацію: ручну та автоматичну. В приміщенні розташовані повідомлювачі КИ-1, котрі з'єднанi з приймальною станцією пожежної сигна-лiзацiї. Автоматичний повiдомлювач задубльовано кнопочними.

Автоматичнi та кнопочні повiдомлювачi розміщено в кожному цеху, а та-кож в коридорi бiля протипожежних шаф.

Для усунення невеликих загорань на пiдприємствах користуються пер-винними засобами пожежогасiння: вогнегасники, азбестовi ковдри, пожежнi стовбури, що дiють вiд внутрiшнього протипожежного водопроводу. Так в да-ному виробничому приміщенні встановлено два вогнегасники типу ВВ.

Протипожежнi стовбури розмiщенi в протипожежних шафах. На кож-ному поверсi розмiщено по двi шафи. Крiм цього, на кожнiй другiй сходовiй площадцi встановлено додатково по однiй шафi.

В приміщенні цеху передбачено евакуацiйнi шляхи, які дозволяють своє-часно залишити зону пожежi усiм працюючим. Для розглянутої категорiї ви-робництва при ступенi вогнетривкостi будiвлi 1 або 2 для багатоповерхового будинку вiддалi до евакуацiйного виходу не нормуються. Ширина проходiв ко-ридорiв, дверей, маршiв та площадок сходiв орiєнтовно визначається згідно СНиП2.09.02-85 [9.15] і зведена в табл. 9.5.1.

Таблиця 9.5.1. Визначення ширини проходів

Найменування	Ширина проходів, м
	Мін.	Макс.
Прохід	1	За розрахунком
Коридор	1,4	За розрахунком
Двері	0,8	2,4
Марш	1,05	2,4
Площадки сходів	1,05, але не > ширини сходів	За розрахунком

План евакуації персоналу у випадку виникнення пожежі зображено на рис. 9.5.1

Наведені в розділі заходи практично виключають можливість виникнення нещасних випадків з вини розробників двосмугової активної акустичної системи з сабвуфером та проекту-вальників приміщення.

		Гучномовці
	ВА1	ARZ6604	1
	ВА2	20ГДН-2 Г 28.843.060 ТУ	1
	ВА3	ARZ6604	1
	ВА4	20ГДН-2 Г 28.843.060 ТУ	1
	ВА5	ARN-150-02/4	1
		Конденсатори
	С1	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С2, С3	К53 - 4 – 10 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
	С4	К53 - 4 – 25 В – 100 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С5	К53 - 4 – 25 В – 68 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С6, С7	К53 - 4 – 10 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
	С8, С9	К10–17-1б–Н56–0,015 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	2
	С10	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С11	К53 - 4 – 16 В – 22 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С12	К53 - 4 – 16 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С13	К53 - 4 – 16 В – 2,2 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С14	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С15	К53 - 4 – 25 В – 47 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С16	К53 - 4 – 16 В – 1000 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
	С17	К10–17-1б–Н50–0,015 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	1
	С18	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С19	К10–17-1б–Н50–0,015 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	1
	С20	К53 - 4 – 16 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С21	К73 - 17– 63 В – 0,1 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С22	К53 - 4 – 16 В – 1000 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С23	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С24	К53 - 4 – 16 В – 100 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С25	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С26	К53 - 4 – 25 В – 220 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С27	МБО – 2 – 35 –47 мкФ ±10% ОЖО.462.023ТУ	1
	С28, С29	К10–17-1б–Н50–0,015 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	2
	С30	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С31	К53 - 4 – 16 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С32	К53 - 4 – 16 В – 22 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С33	К53 - 4 – 16 В – 2,2 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С34	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С35	К53 - 4 – 25 В – 47 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С36	К53 - 4 – 25 В – 1000 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С37	К10–17-1б–Н50–0,15 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	1
	С38	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С39	К10–17-1б–Н50–0,15 мкФ ±10% ОЖО.460.172ТУ	1
	С40	К53 - 4 – 16 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С41	К73 - 17– 63 В – 0,1 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С42	К53 - 4 – 16 В – 1000 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С43	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С44	К53 - 4 – 16 В – 100 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С45	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С46	К53 - 4 – 25 В – 2200 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С47	МБО – 2 – 35 –47 мкФ ±10% ОЖО.462.023ТУ	1
	С48	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С49	К73 - 17– 63 В – 0,1 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С50	К73 - 17– 63 В – 0,03 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С51	К73 - 17– 63 В – 0,1 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С52	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	1
	С53	К53 - 4 – 16 В – 1 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С54	К53 - 4 – 25 В – 22 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С55,С56	К73 - 17– 63 В – 0,01 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	2
	С57	МБО – 2 – 35 – 100 мкФ ±5% ОЖО.462.023ТУ	1
	С58	К53 - 4 – 35 В – 2200 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С59,С60	К73 - 17– 450 В – 0,05 мкФ ±10% ОЖО.461.104ТУ	2
	С61,С62	К53 - 4 – 25 В – 470 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
	С63	К53 - 4 – 25 В – 4700 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	1
	С64,С65	К53 - 4 – 35 В – 4700 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
	С66,С67	К53 – 4 – 25 В – 10 мкФ ±10% ОЖО.467.037ТУ	2
		Мікросхеми
	DA1	M515232	1
	DA2-DA5	LM301A	3
	DA6	TDA1904	1
	DA7	TDA1010A	1
	DA8	TDA1904	1
	DA9	TDA1010A	1
	DA10-DA12	LM301A	2
	DA13	TDA2050V	1
	DA14	RC4195NB	1
		Запобіжник
	FU1	ВП1-1 ОЮО.480.003 ТУ	1
		Котушка індуктивності
	L1	КСТБ 685451.078
		Резистори
	R1, R2	С2-23-0,125 47кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R3	С2-23-0,125-10кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R4	С2-23-0,125-20кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R5	С2-23-0,125-10кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R6	С2-23-0,125-10кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R7	С2-23-0,125-100кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R8, R9	С2-23-0,125-10кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R10	С2-23-0,125-20кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R11	С2-23-0,125-100кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R12	С5-37-5 Вт-3,9 Ом ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.540 ТУ	1
	R13, R14	С2-23-0,125-10кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R15	С2-23-0,125-20кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R16	С2-23-0,125-10кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R17	С2-23-0,125-100 Ом ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R18, R19	С2-23-0,125-10кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R20	С2-23-0,125-20кОм ±1% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R21	С2-23-0,125-150кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R22	С5-37-5 Вт-3,9 Ом ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.540 ТУ	1
	R23	С2-23-0,125-1кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R24, R25	С2-23-0,125-10кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R26	С2-23-0,125-22кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R27-R29	С2-23-0,125-10кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	2
	R30	С2-23-0,125-22кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R31	С2-23-0,125-680 Ом ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
	R33	С5-37-5 Вт-3,9 Ом ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.540 ТУ	1
	R34	С2-23-0,5-200 кОм ±5% -А-В-В-А ОЖО.467.104 ТУ	1
		Потенціонометри
	RP1, RP2	CП3-9а-16-10кОм±20% ОЖО.468.012 ТУ	2
	RP3	CП3-9а-16-47кОм±20% ОЖО.468.012 ТУ	1
	RP4	CП5-1б-6,8кОм±20% ОЖО.467.540 ТУ	1
	RP5	CП3-9а-16-100кОм±20% ОЖО.468.012 ТУ	1
	SB1	Вимикач П2К-1 ЕЩО.360.037 ТУ	1
	Т1	Трансформатор
	XS1	Гніздо штепсельне ГШО-1 НОА6.364.001	1
	Х1	Вилка 2РМТ14Б4Ш1В1 ГЕВ.364.134 ТУ	1